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杭州电子科技大学

毕业设计（论文）开题报告

题目用于污水处理的聚砜亲水膜的性能分析

学院新闻出版学院

专业包装工程

姓名梁洁

班级08224511

学号08224504

指导教师黄爱宾

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一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

膜与膜过程是当代新型高效的分离技术，是多学科交叉的产物，特别适合于现代

工业对节能、提高生产效率、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现

经济可持续发展战略的重要组成部分。

膜技术是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展的新增长点。与传统的分离

技术比较，它具有分离效率高、低耗能（无相变）、过程简单（易放大与自控）、便于

与其他技术集成等突出优点。它的研究和应用与节能、环境保护、水资源开发、利用

和再生关系极为密切。在当今世界能源、水资源短缺，水和环境污染日益严重的情况

下，膜分离科学与技术的研究得到了世界各国的高度重视。在近三十年来膜技术获得

了极其迅速的发展，已广泛有效地应用于石油化工、制药、生化、环境、能源、食品、

航天、海水（苦咸水）淡化、医疗保健等领域，形成了独立的高新技术产业。

近年来，超滤技术在环保、医疗、浓缩等行业应用广泛。超滤膜作为超滤技术的

核心受到人们的广泛关注。提高超滤膜的性能并且降低其造价对于发展超滤技术有着

十分重要的现实意义。以往的文献中，广大的科研工作者对提高超滤膜的性能做了很

多的研究工作。但是在提高超滤膜性能的同时往往忽视了制备手段造成其成本造价过

分提高的问题。超滤膜作为一种工业应用的产品经济效益应该是放到第一位的。所以

应该兼顾其性能和造价两方面因素，制备性能优良且价格低廉的超滤膜。这样超滤技

术才能得到更广泛的推广和应用。

（一）超滤膜分离技术简介

膜分离技术是近年来发展起来的现代高新技术之一，它利用功能性分离膜作

为过滤介质，实现液体或气体高度分离纯化。作为一种新型的分离方法，膜分离技术

具有选择性高、操作简单、能耗低、占地少、无污染等优点。

膜分离技术的核心是膜。膜是指在一个流体相内或两个流体相之间以特定的

形式限制和传递组分，从而把流体相分隔成两部分的阻挡层。它至少具有两个界面，

通过这两个界面分别与被膜分开于两侧的流体相接触。和普通过滤介质相比较，分离

膜具有更小的孔径和更窄的孔径分布。根据分离膜孔径的大小，可分为微滤

(Mierofiltration)、超滤(Ultrafiltration)、纳滤(Nanofiltration)和反渗透(Reverseosmosis)。

微孔滤膜孔可以有效除去水中的大部分微粒、细菌等杂质。超滤膜孔径在几十到几百

纳米，能够很容易地实现蛋白质等大分子的分级、纯化，能够除去水中的病毒和热原

体。纳滤膜和反渗透膜孔径更小，大约在几个埃，能够从水中脱除离子，达到海水和

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苦咸水淡化目的。

（二）超滤膜简介

超滤是压力差推动作用下进行的筛孔分离过程，它介于微滤和纳滤之间，孔

径在几十到几百纳米之间，工作压力差为O．1—1MPa，透过速率一般在20～200Lxh

-1

×m-2，是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。特殊的纳米级孔径范围决定了其

具有特殊的应用，它可以从溶液中分离大分子物质和胶体，能截相对分子质量范围为

500～500000。目前可广泛应用于生化试剂的提纯与浓缩、工业废水处理、饮用水制

各和物料回收等领域。

1.超滤膜的结构

超滤膜按照结构可以分为对称膜和非对称膜两类。一般来讲，由相转化法制备的

多为非对称膜，其膜截面结构是非对称性的，它是由极薄的、起分离作用的致密层(厚

度0.1～1μm)即具有一定孔径的细孔表皮层和起机械支撑作用的多孔支撑层(根据膜

厚度不同，一般为0.2～0.6mm)组成。其中皮层为活性层，其孔径和性质决定膜的分

离特性，而厚度主要决定传质速率。支撑层只起支撑作用，对分离特性和传质速率影

响很小。非对称膜除具有高透过速率外，还有一重要特点，即被截留的物质大都聚集

在其表面，易于清除。

超滤膜按制备方法又分为相转化膜和复合膜超滤膜按制备方法又分为相转化膜

和复合膜两类，前者皮层与支撑层为同种材料，通过相转化过程形成非对称结构：后

者皮层与支撑层由不同材料组成，通过在支撑层上进行界面聚合、界面浇铸、等离子

聚合等方法形成超薄皮层。

2．超滤膜的分离原理

一般认为超滤是一种筛孔分离过程，即在一定压力作用下，当含有分子大小不同

两种溶质的溶液流过被支撑的膜表面时，溶质和小分子溶质如无机盐类将透过膜，大

分子溶质如有机胶体等则被膜截留浓缩。在超滤中，大分子溶质之所以不能像溶质那

样容易通过膜，主要是因为下列几种原因：

1.被吸附在过滤膜的表面上和孔中(基本吸附)；

2.被保留在孔内或者从孔内被排出(堵塞)；

3.机械的被截留在过滤膜的表面上(筛分)。

从溶液被浓缩的角度来讲，第三种原因起主要作用。且由于被脱除的物质大都在

3

表面上，易于清除，这也为非对称超滤膜的优点。

随着膜技术的发展，膜分离越来越广泛的应用于生产、生活的各个方面，但其在

使用过程中易被污染问题逐渐引起人们的关注。常用于微滤和超滤的膜材料大多是疏

水性的，如聚乙烯、聚丙烯、聚砜等。它们有良好的热稳定性及耐化学腐蚀性。然而

疏水性膜的缺点就是在使用过程中由于溶质吸附和孔堵塞而使得通量下降。

疏水性膜不被水湿润，为了让水透过膜必须进行材料表面改性，这些材料用于水

过滤时必须对材料表面进行亲水化处理，而亲水处理时引人的表面活性剂往往会影响

其使用，因此需要制备亲水性膜。

（三）聚砜超滤膜在污水处理中的应用

据超滤膜各项特点，无论在生活污水还是工业废水中都得到广泛应用。这是因为

它具有如下优点：

(1)对杂质的去除率高，产水水质大大好于传统方法；

(2)彻底消除或者大大减少化学药剂的使用，避免二次污染；

(3)系统易于自动化，可靠性高。运行简易，设施只有开启，关闭两档；

(4)占地面积要求小；

(5)与常规水处理系统费用相当，生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回

用，而工业废水中由于一般技术不能达标，采用超滤技术能充分处理废水。

1、工业废水处理

超滤技废水处理方面的应用十分广泛，特别是在汽车、仪表工业的涂漆废水、金

属加工业的漂洗水以及食品工业废水中回收蛋白质、淀粉等方面是十分有效的，而且

具有很高的经济效益。

纺织印染废水具有色度高、化学耗氧量（COD）高和排放大的特点，尤其是在化

纤生产、纺织、印染加工过程中大量使用表面活性剂、助剂、油剂、浆料、树脂、染

料等，使纺织废水的COD越来越高。且由于这些合成物质难于被微生物所降解，使通

常的生化处理无能为力，而成为当前纺织废水处理的一大难题。超滤膜可以有效去除

废水中的有机分子。

在造纸工业中，每生产1t纸浆需要100-400m3的水，其中80%是用作洗净和漂白过

程的。用膜法处理造纸废水，主要是对某些成分进行浓缩并回收，而透过水又重新返

回工艺中使用。

含油废水来自钢铁、机械、石油精制、原油采集、运输及油品的使用过程。采用

4

超滤技术，可以使油分浓缩，使水和低分子有机物透过膜，从而实现油水分离。

电镀废水的用水量高，其中氢化物、六价铬、镍、铜、锌、镉等重金属离子具有

很强的毒性，对人、动物和农作物等都会造成严重危害。采用超滤膜和反渗透膜连用

可以提高废水中的有害物去除率。通过超滤膜作为预处理，反渗透膜的污染明显减少，

并且提高反渗透膜的通量。

2、食品工业中的应用

新榨取的果汁中往往还有单宁、果胶、苯酚等化合物而呈现浑浊，。目前，采用

超滤技术来澄清果汁，只需先脱除部分果胶，可大大减少酶的用量，省去了皂土和明

胶，降低了生产成本。

在酿酒行业，经过硅藻土过滤后的成品酒中仍有少量的酵母、杂菌、蛋白质以及

多糖和其他丹宁组成的肢体等，这些杂志的存在会使酒类失去光泽、浑浊、沉淀，口

味变坏，以至于酸败。膜法对酒进行“除冷菌”，不仅省时省工，而且节能。

乳品工业生产过程中会产生大量的乳清。采用超滤技术可将脱脂牛奶浓缩3-4倍。

3、生活污水处理

城市污水可采用膜生物反应器（MBR）技术进行处理，处理后的水质较好，可

用于中水回用，且反应器占地面积小，设备投资低。可广泛应用于小区中水回用。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

（一）研究的基本内容

1.掌握纯聚砜及聚砜/聚乙烯吡咯烷酮共混膜的制备方法；

2.了解聚砜薄膜的性能，包括分子结构、断裂截面样貌、水汽透过性、耐水性、

溶胀性等；

3.通过实验掌握干燥箱、过滤泵、扫描电子显微镜、红外分光光度计、分析检

测聚砜薄膜的性能；

4.了解制备条件变化对共混膜性能的影响，加深对高分子理论的理解。

5

（二）拟解决的主要问题

1.膜的制备方法及处理过程工艺控制研究

2.研究出聚砜薄膜最简便快捷的制备方法。

3.确定聚砜膜综合性能最佳的制备条件。

4.确定聚砜/聚乙烯吡咯烷酮综合性能最佳的制备条件。

5.通过实验掌握聚砜薄膜性能与结构之间的关系。

三、研究步骤、方法及措施

1.绘制出研究步骤流程图，如图3-1所示；

2.以二甲基甲酰胺为溶剂分别制备纯聚砜膜和SF-PVP共混膜；

(1)纯聚砜膜的制备：称取一定质量的聚砜加入内置一定量溶剂的250ml的

圆底烧瓶中。低速搅拌，待聚砜完全溶解后静置4h脱泡。将脱泡的铸膜液流

延在干净平滑的玻璃表面，膜的厚度控制在20-25μm。在烘干箱中蒸发一定时

间后，连同玻璃板一起浸入无水乙醇中，在乙醇中取出膜，在室温下自然干燥。

(2)SF-PVP共混膜的制备：用PVP、SF、二甲基甲酰胺按一定配方配制成铸

膜液,采用转相法制备SF-PVP超滤膜。首先将一定量的SF和PVP，加入内置一

定量溶剂的250ml的圆底烧瓶中，低速搅拌，使之成均匀溶液，置于约90℃的

水浴中加热并搅拌一定时间，使其完全溶解，静置脱泡后，将此铸膜液在平板

玻璃上流延。在室温下静置3h，然后置于干燥箱中烘干。最后后置于无水乙

醇中脱膜。

(3)制备时通过控制制备条件，制备出系列试样；

(4)对试样进行性能测试，如透气性和透水性等，并记录实验数据；

(5)制备一定浓度硫酸铜溶液，利用抽滤机，过滤；

(6)整理实验数据，并对实验数据进行分析，找出使薄膜具备最佳性能的制

备条件。

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溶胀度

透水性

制备纯聚砜膜

条件：不同聚合物浓度

共混组分比例

制备SF-PVP共混膜

溶剂DMF

性能测试

分析性

能什么

条件最

佳

试样1

试样2

试样3

试样4

图3-1

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四、研究工作进度

序号时间内容

12011.11.16根据教师建议，初步确定选题

22012.1.20-2012.2.1收集并整理文献资料

32012.2.2-2012.2.20翻译外文资料，撰写文献综述及开题报告

42012.2.29论文开题

52012.3.1-2012.4.14

查阅相关文献，完成论文所需要的相关设计或者实

验方案制定、实验样本制作、实验数据整理以及数

据分析等。

62012.4.15论文中期检查

72012.4.16-2012.5.1完成设计任务，撰写论文初稿

82012.5.2-2012.5.15修改论文

92012.5.16-2012.6.8论文定稿及毕业答辩

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五、主要参考文献

[1]赵宏峥.聚砜超滤膜的性能优化研究[D].北京：北京交通大学，2009

[2]徐又一，徐志康.高分子膜材料[M].北京：化学工业出版社，2005:1

[3]赵艳华，郭艳芬.亲水性膜的研究进展[J].广西轻工业，2007,5:32

[4]安树林，膜科学技术实用教程[M].北京：化学工业出版社，2005:116-120

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六、指导教师审核意见

用于污水处理的聚砜亲水膜的性能分析，是当前我国水处理的热点技术问题，论

文选题具有一定的理论价值和实际应用价值。

梁洁同学认真阅读了水处理的聚砜亲水膜的性能分析的相关技术文献，并实际调

研了目前我国水处理的现状和存在的问题，论文研究的基本内容及拟解决的问题基本

正确合理，制定的研究步骤、方法及进度基本可行。

开题报告及相关材料齐全，格式正确，书写认真，符合要求。

同意开题。

指导教师签字：

年月日

七、系（教研室）评议意见

系（教研室）主任签字：

年月____日

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八、开题小组评审意见

开题小组负责人签字：

年月日

九、学院领导审核意见

1．通过；2．完善后通过；３．未通过

学院领导签字：

年月___日