Modifying glass fiber surface with grafting acrylamide by UV-grafting copolymerization for preparation of glass fiber reinforced PVDF composite membrane

Experimental design and response surface methodology(RSM) were used to optimize the modification of conditions for glass surface grafting with acrylamide(AM) monomer for preparation of a glass fiber reinforced poly(vinylidene fluoride)(PVDF) composite membrane(GFRP-CM). The factors considered for experimental design were the UV(ultraviolet)-irradiation time, the concentrations of the initiator and solvent, and the kinds and concentrations of the silane coupling agent. The optimum operating conditions determined were UV-irradiation time of 25 min, an initiator concentration of 0–0.25 wt.%,solvent of N-Dimethylacetamide(DMAC), and silane coupling agent KH570 with a concentration of 7 wt.%. The obtained optimal parameters were located in the valid region and the experimental confirmation tests conducted showed good accordance between predicted and experimental values. Under these optimal conditions, the water absorption of the grafted modified glass fiber was improved from 13.6% to 23%; the tensile strength was enhanced and the peeling strength of the glass fiber reinforced PVDF composite membrane was improved by 23.7% and 32.6% with an AM concentration at 1 wt.% and 2 wt.%. The surface composition and microstructure of AM grafted glass fiber were studied via several techniques including Field Emission Scanning Electron Microscopy(FESEM), Fourier transform infrared spectroscopy-attenuated total reflectance(FTIR-ATR) and energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX). The analysis of the EDX and FTIR-ATR results confirmed that the AM was grafted to the glass fiber successfully by detecting and proving the existence of nitrogen atoms in the GFRP-CM.     

海水环境下玻璃纤维增强复合材料力学性能演化规律研究

目的 研究海水环境下海流能发电机组叶片用玻璃纤维复合材料力学性能的变化规律.方法 在实验室内通过海水浸泡试验、拉伸试验、弯曲试验以及剪切试验,测定叶片用玻璃纤维树脂基复合材料的吸水特性,以及在人工海水介质中各项力学性能参数的演变规律.结果 随着浸泡时间的增加,玻璃纤维树脂基复合材料吸水率先逐步增大、后趋于稳定,总吸水率约0.075％.抗拉强度呈先降低、后提高、又降低的趋势,抗拉强度最高可超过1100 MPa,最小值约为940 MPa.弹性模量和弯曲强度呈逐渐降低的趋势,弹性模量降幅约9.5％,弯曲强度降幅约为30％.弯曲模量变化起伏不定,变化幅度在15％以内.材料剪切强度呈先增大、后降低的趋势,最小值为189 MPa,较初始值高10 MPa.剪切模量呈先降低、后提高的现象,在浸泡28 d时,剪切模量最小,为16.4 GPa.结论 玻璃纤维增强树脂基复合材料经过长期海水浸泡后,拉伸及抗剪切性能略有降低,但降幅不大,抗弯性能下降明显,需要在叶片结构设计和强度计算时,充分考虑抗弯性能衰减的负面影响.     

玻璃纤维编织管覆膜改性及其动态膜生物反应器研究

对玻璃纤维编织管进行了覆膜改性,并依托于玻璃纤维编织管开发了一种新型的栅式膜组件及其动态膜生物反应器.研究表明,覆膜改性前,玻纤编织管动态膜组件的稳定通量仅为4 L/(m2.h),跨膜压差为0.02 MPa;覆膜改性后,玻纤编织管动态膜组件的膜通量可达到16 L/(m2.h),跨膜压差为0.01 MPa;经过水力清洗和碱洗后再次运行,膜通量可达到17.1 L/(m2.h),而跨膜压差最低仅为0.003 MPa.覆膜膜液浓度为1∶4时反应器在膜通量为14.29 L/(m2.h)时稳定运行长达51 d.按阻力增长速率计算,膜通量可保持稳定运行275 d左右.同时出水效果良好,COD和NH4+-N的处理效果平均值分别为81.96%和83.66%,其中动态膜的去除率分别为21.01%和3.61%.此外,覆膜改性的玻纤编织管估算价格约为40~60元/m2,低于传统有机膜.     

高效选择性除铯的PVDF复合膜制备及优化

为实现对放射性核素铯(Cs)的高效去除,本研究基于表面接枝技术利用均苯三甲酰氯(TMC)在羟基化的PVDF微滤/超滤膜表面接枝了一层氨基化SiO2,并通过SiO2表面的氨基基团与Fe3+结合实现亚铁氰化铁(Ferrocyanide,FeCN)的负载,从而制备了FeCN/SiO2/PVDF复合膜.基于膜表面的SEM与XP...     

玻璃纤维编织管动态膜生物反应器处理沼渣废液

一种新型的玻璃纤维编织管动态膜生物反应器应用于高黏度、高氨氮和高COD的沼渣废液的处理。该玻璃纤维编织管经过了固化和覆膜的组合改性,膜组件采用平板化的栅式构型。研究表明:组合改性方式分别为1∶4+1∶50和1∶2+1∶50时的膜组件的稳定通量分别为5.45 L/(m2.h)和6.50 L/(m2.h);同时膜组件的清洗效果良好,再次运行仍能够稳定,通量为5.35 L/(m2.h)。而且出水比较澄清,没有臭味,养分也得到了有效保留。此外,改性后的玻纤编织管估算价格约为93.2元/m2,低于传统有机膜。     

UIO-66改性聚酰胺正渗透复合膜的制备及性能研究

采用界面聚合方法将UIO-66纳米颗粒引入复合膜中制备出改性的聚酰胺复合膜,并利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射光谱（XRD）和接触角仪等仪器对材料和复合膜进行测定表征.以去离子水为原料液,1mol/L氯化钠溶液为汲取液进行渗透性能测试.选取BSA及SA作为污染物进行污染实验,并利用自制探针,借助原子力显微镜（AFM）测定了污染物与膜面的微观作用力.研究发现,相较于原始的聚酰胺复合膜,当UIO-66材料的添加量为0.04wt%时,改性复合膜在FO模式下的纯水通量由10.28L/（m²·h）增大到13.67L/（m²·h）, PRO模式下纯水通量由17.68L/（m²·h）增大到20.41L/（m²·h）,渗透性能改善效果显著,并具有较好的选择性能.此外,污染实验发现相较于原始膜,改性复合膜的通量衰减趋势较缓且与污染物之间粘附力都较小,说明UIO-66改性聚酰胺复合膜的抗污染性能有所提升.     

Drinking water treatment using a submerged internal-circulation membrane coagulation reactor coupled with permanganate oxidation

A submerged internal circulating membrane coagulation reactor(MCR) was used to treat surface water to produce drinking water. Polyaluminum chloride(PACl) was used as coagulant,and a hydrophilic polyvinylidene fluoride(PVDF) submerged hollow fiber microfiltration membrane was employed. The influences of trans-membrane pressure(TMP), zeta potential(ZP) of the suspended particles in raw water, and KMnO_4 dosing on water flux and the removal of turbidity and organic matter were systematically investigated. Continuous bench-scale experiments showed that the permeate quality of the MCR satisfied the requirement for a centralized water supply, according to the Standards for Drinking Water Quality of China(GB 5749-2006), as evaluated by turbidity(1 NTU) and total organic carbon(TOC)(5 mg/L)measurements. Besides water flux, the removal of turbidity, TOC and dissolved organic carbon(DOC) in the raw water also increased with increasing TMP in the range of 0.01–0.05 MPa. High ZP induced by PACl, such as 5–9 mV, led to an increase in the number of fine and total particles in the MCR, and consequently caused serious membrane fouling and high permeate turbidity.However, the removal of TOC and DOC increased with increasing ZP. A slightly positive ZP, such as 1–2 mV, corresponding to charge neutralization coagulation, was favorable for membrane fouling control. Moreover, dosing with KMnO_4 could further improve the removal of turbidity and DOC, thereby mitigating membrane fouling. The results are helpful for the application of the MCR in producing drinking water and also beneficial to the research and application of other coagulation and membrane separation hybrid processes.     

中空纤维复合膜用于回收有机溶剂蒸气的研究

采用新的制膜工艺制备聚二甲基硅氧烷-聚砜中空纤维复合膜.该复合膜对有机溶剂蒸气具有适宜的渗透速度,且对有机溶剂蒸气和空气的分离系数较大.用该复合膜组装φ10×500mm中空纤维膜分离器,以正己烷(C_6)和氮气(N_2)的混合气做分离器性能实验.混合气从中空纤维膜内管进气,考察了压力、进气中C_6的浓度、驰放气流速等操作条件对C_6的渗透速率、驰放气及渗透气中C_6的浓度以及C_6同N_2的分离系数的影响.实验结果表明,进料浓度对分离效果有重要影响;中空纤维复合膜用于从含溶剂蒸气浓度高的废气中回收有机溶剂是可行的.     

纳米氧化物粒子对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响

采用相转化法制备纳米氧化物/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜,讨论了纳米氧化钛和氧化铝粒子对PVDF膜结构和性能的影响.应用牛血清白蛋白截留实验、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱分别对不同膜的分离性能、微观结构和晶相组成进行了分析.结果表明,复合膜的性能与纯PVDF膜相比有显著地改善,其中纯PVDF膜、Al₂O₃/PVDF和TiO₂/PVDF复合膜对牛血清白蛋白的截留率分别为3.27%、67.20%和86.67%,复合膜的水通量则较纯PVDF膜分别提高2.3倍和2.6倍.氮气吸附实验测定的孔径分布进一步表明复合膜的孔径分布变窄,孔径变小.     

玻纤增强复合材料在厦门地区自然老化及寿命预测研究

目的 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的自然老化机理,预估该复合材料在厦门地区的使用寿命。方法 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂在厦门近海地区大气暴露、海水飞溅、海水全浸等3种方式下,自然老化3 a的表面形貌变化和力学性能变化规律。通过扫描电子显微镜、红外光谱仪观察试样的微观结构,解释老化机理。运用线性回归方程对该复合材料的使用寿命进行预测。结果 获得了该复合材料的拉伸强度和弯曲强度等力学性能在老化过程中的变化规律,得到了大气暴露方式下试样的线性回归方程,计算得到弯曲强度下降到75%时的使用寿命。结论 该复合材料在大气暴露方式下的自然老化程度最大,在海水全浸方式下的自然老化程度最小。在老化过程中,主要是复合材料表面的不饱和聚酯树脂老化、脱离。以弯曲强度下降到75%为失效指标,计算得出复合材料的寿命为93.3个月。     

不同细菌分泌物及其反渗透膜污堵特性比较

反渗透(RO)工艺在城市污水再生处理中的应用越来越多,但膜污堵严重影响了该工艺的稳定运行.溶解性微生物产物(SMP)是造成RO膜污堵的最主要的有机物.本文以再生水厂RO膜面分离的两种细菌Pseudomonas sp. AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2的SMP为研究对象,比较了两者SMP的组成成分及其对RO膜的污堵能力.结果发现,在葡萄糖培养基中培养至稳定期后,两者产生的SMP中多糖与蛋白质比例均约为1∶1,AM1-1的SMP中多糖和蛋白质均呈双峰式分布,分布于大于10~5Da和小于10~3Da两个范围;AM1-2的SMP中,多糖分子量呈双峰式分布,主要分布于大于10~6Da的范围,有少量小于10~3Da,蛋白质分子量小于10~3Da.通过RO错流过滤污堵实验装置考察了两种SMP对RO膜的污堵特性,发现SMP中大分子有机物的分子量与SMP的膜污堵潜力密切相关,有机物分子量越大,SMP的膜污堵潜力越高,而多糖和蛋白质的比例并不是决定SMP膜污堵潜力的关键.因此,减少SMP中的大分子量物质(特别是大分子多糖)在RO膜表面的沉积,是缓解SMP造成的RO膜污堵的关键.     

聚醚砜纳滤膜的制备及改性研究进展

聚醚砜是一种性能优异的纳滤膜材料,具有耐热、耐压、耐燃、耐辐射、抗酸、抗氧化、抗溶剂、生物相容性好等优点,应用前景十分广阔。文章重点介绍了相转化法、共混法、荷电法、复合法等聚醚砜纳滤膜制备方法,以及表面涂覆、材料共混等物理改性方法和膜材料本体改性、膜表面接枝改性等化学改性方法,阐述研究现状,并予以评价,同时提出探索新的制膜及改性方法,降低膜成本,提高制膜过程中的环境友好性,是聚醚砜纳滤膜制备及改性的重要发展方向。     

Advanced lignin-acrylamide water treatment agent by pulp and paper industrial sludge：Synthesis, properties and application

A novel flocculant LA （lignin-acrylamide polymer）, which was used as aid for aluminum sulfate and polyaluminum chloride in this study, was prepared by grafting acrylamide onto lignin that deriving from pulp and papermaking sludge. Physicochemical properties of LA were measured by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy. The experimental outcome indicated acrylamide was grafted onto the lignin backbone successfully. The effects of LA addition were evaluated on coagulation performance and floc characteristics as a function of aluminum （Al） dosage, such as floc size, growth rate, strength and recoverability. Effects of different dosing sequences, Al dosed first and LA dosed first, were also investigated. LA used as coagulant aid markedly enhanced the removal efficiency of turbidity and dissolved organic carbon, especially at low Al dosages. The dissolved organic carbon removal efficiencies of aluminum sulfate and polyaluminum chloride at the Al dosage range selected in this study were improved more than 30% and 5% by LA, respectively. LA dramatically enlarged floc size and it was in the order： Al dosed first 〉 LA dosed first 〉 Al. Floc strength and recoverability were also improved by LA. LA played a significant role in charge neutralization, adsorption and bridging in floc formation.     

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。     

基于声发射技术的T700碳纤维/树脂基体界面性能评估

目的 采用声发射技术,对东丽T700碳纤维和2款树脂基体的界面性能进行评估。方法 通过多组单丝拉伸试验,获取T700碳纤维Weibull形状参数m和尺度参数σ₀。使用单纤维断裂方法,利用声发射技术进行监测,选择声发射信号的幅值和能量作为特征,对T700碳纤维和透明的E51环氧树脂及不透明的聚苯硫醚树脂的单纤维断点数量分别进行评估,并与显微镜观察的数量进行对比。结果 获取了T700碳纤维与2种树脂的单纤维断裂声发射信号特征数值。通过声发射监测和显微镜观察法,测量得T700碳纤维与E51环氧树脂的界面剪切强度分别为44.03、46.47 MPa,偏差在5.5%左右。通过声发射技术,测量得T700碳纤维与聚苯硫醚树脂的界面剪切强度达33.43 MPa。结论 使用声发射技术能够准确监测碳纤维/树脂界面中单纤维的断裂信号,为评价纤维和不透明树脂的界面性能提供了有效方法。     

改良型固定化Pseudomonas oleovorans DT4降解四氢呋喃的研究

成功构建出了新型的海藻酸钠-活性炭纤维复合固定化Pseudomonas oleovorans DT4来去除四氢呋喃,并优化了该复合固定化载体组分的含量,发现在海藻酸钠含量为3%,活性炭纤维含量为1.5%条件下,制备成细胞浓度为6×109g-1的协同固定化细胞在初始THF浓度为360 mg·L-1时的降解速率达到最大为24.0 mg·(L.h)-1,同时其机械强度也得到了显著的提升.此外与游离菌体相比,该固定化细胞在不同温度和pH条件下的降解速率表现得更加稳定,且去除效果均能稳定在80%以上.在改进的反应体系中,协同固定化小球高效降解THF的重复利用次数达到80批以上,显示出该载体良好的可行性.     

可吸入颗粒物中非晶质含量的原样XRD分析

为了获取尽可能完整的样品信息,直接利用采集的大气PM10原样进行非晶质X射线衍射(XRD)的定量分析.按照实际PM10的构成用玻璃纤维滤膜采集人为模拟大气结晶颗粒物样品,结合实验拟合得到的滤膜衍射图,推导出根据空白滤膜衍射强度计算不同样品载量时滤膜的衍射强度公式,从而消除了滤膜的基底效应的影响,并计算出实际大气样品中非晶质的衍射强度.采用无定形碳模拟大气中的非晶质,通过测定纯碳的衍射强度,得到纯碳比空白玻璃纤维滤膜的参比强度K为0.59,类比绝热法求出非晶质的质量百分比.应用该方法对北京市2010年冬季采集到的一组大气可吸入颗粒物样品进行了原样XRD分析,得出其非晶质含量分别为10.44%、13.83%、15.12%、15.88%和11.96%.     

中空纤维膜器中二(2-乙基己基)磷酸萃取铈(Ⅲ)的动力学研究

研究了在中空纤维膜萃取器中二（2－乙基己基）磷酸（HDEHP）萃取铈（Ⅲ)的动力学，通过测定水相和有机相流速，水相铈（Ⅲ) 浓度、酸度和有机相HDEHP浓度，得出了萃取速率的规律。实验结果表明，在本实验条件下，萃取速率 为界面化学反应控制，Ce^3 与第一个HD EHP二聚体离子HA^-2的配位反应是萃取速率的控制步骤。     

XDLVO理论解析不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染

应用extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理论定量解析海藻酸钠微滤膜污染中界面微距作用力,探讨不同离子条件对膜污染影响的主控机制.结果表明,对于亲水性膜表面,范德华力促进膜污染,极性作用力阻碍膜污染;而对于疏水性膜表面,范德华力减缓膜污染,极性作用力加速膜污染.海藻酸钠与微滤膜接触时双电层作用力对膜污染贡献相对微弱.离子强度及钙离子对海藻酸钠微滤膜污染的影响主要是通过改变极性作用力来实现的.较高的离子强度会降低极性作用力的排斥性或升高极性作用力的吸引性,从而加重海藻酸钠微滤膜污染.虽然钙离子使出水通量急速下降,但钙离子的存在使得物理清洗效率提高.不同离子条件下初始阶段及后期阶段污染趋势K分别与膜-海藻酸钠粘附自由能及海藻酸钠-海藻酸钠粘聚自由能具有良好的线性相关性,表明XDLVO理论适用于描述不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染行为.     

不同采样膜对大气颗粒物酸性测定影响的研究

颗粒物特别是酸性细粒子对人体呼吸系统具有毒性效应,且颗粒物呈酸性还会加速许多气溶胶二次组分的形成,从而影响环境和气候.因此,本文在美国环保署(EPA)制定的颗粒物酸性标准测定方法的基础上,分别采用玻璃膜、石英膜、Teflon膜和复合纤维素酯滤膜(MCE膜)在实验室中进行平行提取测定,探讨各种膜对颗粒物酸性测定的影响,确定不同条件下加入H+量与提取H+量之间的标准曲线,评价不同采样膜对颗粒物酸性测定的准确性与精密度.结果显示,Teflon膜、MCE膜、石英膜、玻璃膜用于颗粒物酸性测定,其测定的精密度和准确性分别为9.4%和7.8%、9.9%和13.0%、15.6%和18.1%、17.8%和16.1%.玻璃膜用于H+的数据测定时,由于其标准曲线的斜率变化范围大(0.745～1.048),基质碱性物质背景值高,导致测定的潜在误差最大.