纤维素膜材料开发及其水处理应用

本书围绕纤维素膜的制备、改性、表征，以及其在水处理中的应用等内容展开。主要介绍了纤维素超滤膜的制备及其与二氧化锆和金属有机骨架的共混改性、通过高碘酸盐氧化和TEMPO氧化的表面改性，纤维素纳滤膜、醋酸纤维素纳滤膜、醋酸聚酰胺纤维素薄膜复合纳滤膜、零盐阻交联纤维素薄膜复合纳滤膜、全纤维素膜等的制备、改性与水处理应用等内容。本书可为纤维素膜材料开发及水处理相关领域人员提供参考，也可作为高校环境、能源、化工、材料等专业本科生与研究生的拓展读物。

无

第1章 绪论1.1 纤维素膜简介 11.2 纳滤膜与超滤膜 31.2.1 超滤膜简介 31.2.2 纳滤膜简介 41.3 纤维素膜在水处理应用中的优势与局限性 41.4 纤维素膜的发展方向 5

第2章 二氧化锆共混改性纤维素超滤膜2.1 纤维素超滤膜的制备 72.2 二氧化锆共混纤维素超滤膜的制备 72.3 二氧化锆共混纤维素超滤膜的表征 82.4 二氧化锆共混纤维素超滤膜的性能测试 82.4.1 孔隙率 82.4.2 接触角测试 92.4.3 纯水通量测试 92.4.4 截留率测定 102.4.5 耐酸碱性测定 102.5 结果与讨论 102.5.1 二氧化锆共混纤维素超滤膜的工艺优化 102.5.2 二氧化锆共混纤维素超滤膜的微观形貌 122.5.3 二氧化锆共混纤维素超滤膜的化学组成 132.5.4 二氧化锆共混纤维素超滤膜的结晶结构 142.5.5 二氧化锆共混纤维素超滤膜的热稳定性 152.5.6 二氧化锆共混纤维素超滤膜的膜性能分析 162.6 小结 20

第3章 金属有机骨架共混改性纤维素超滤膜3.1 金属有机骨架的制备 213.2 金属有机骨架共混纤维素超滤膜的制备 223.3 金属有机骨架共混纤维素超滤膜的表征 223.4 金属有机骨架共混纤维素超滤膜的性能测试 233.4.1 通量测试 233.4.2 截留率测定 233.4.3 水通量恢复率 243.4.4 亲水性测试 243.5 金属有机骨架共混纤维素超滤膜的抗菌性能测试 243.6 结果与讨论 243.6.1 性能测试结果分析 243.6.2 场发射扫描电子显微镜分析 273.6.3 X射线衍射分析 293.6.4 傅里叶红外光谱分析 303.6.5 热重测试分析 303.6.6 抗菌性能分析 313.7 小结 32

第4章 高碘酸盐氧化法对纤维素膜的表面改性4.1 氧化纤维素膜的制备 334.2 氧化纤维素膜的性能测试 334.3 氧化纤维素膜的表征 344.4 结果与讨论 344.4.1 氧化纤维素膜的化学结构 344.4.2 膜的形貌与结构 364.4.3 通过修饰改变选择性机制 374.4.4 控制影响膜性能的参数 374.4.5 改变操作参数 414.4.6 纤维素膜的再生 424.5 小结 44

第5章 TEMPO 氧化法对纤维素超滤膜的表面改性5.1 氧化过程 455.2 渗透性和排斥反应研究 455.3 膜表面电荷 465.4 表面羧基含量 475.5 膜材料分析 475.6 氧化溶解程度 485.7 结果与讨论 485.7.1 表面羧化作用 485.7.2 膜基质的变化 505.7.3 多孔结构的变化 515.7.4 脱盐 535.8 小结 55

第6章 纤维素纳滤膜6.1 纤维素纳滤膜的制备方法 576.2 纤维素/壳聚糖抗菌纳滤膜制备方法 586.3 膜的表征方法 586.4 纳滤膜性能评价方法 596.4.1 水通量测定 596.4.2 无机盐截留率测定 596.4.3 染料截留率测定 596.5 结果与讨论 636.5.1 纤维素的溶解与成膜机理 636.5.2 铸膜液的流变性能分析 646.5.3 羧甲基化改性制备纤维素纳滤膜 686.5.4 纳滤膜对染料的截留性能 736.5.5 纳滤膜力学性能分析 746.5.6 纳滤膜的红外分析 746.5.7 纤维素纳滤膜的XRD分析 756.5.8 纤维素纳滤膜的微观形貌分析 766.5.9 纤维素纳滤膜的热稳定分析 786.5.10 纳滤膜的亲水性能分析 816.5.11 纳滤膜抗菌性能分析 826.5.12 纳滤膜的透过和截留性能 836.5.13 纳滤膜的孔径及其截留溶质的分子量 836.6 小结 85

第7章 醋酸纤维素纳滤膜7.1 醋酸纤维素纳滤膜的制备 887.2 黏度测量 897.3 浊点测定 897.4 膜形态表征 907.5 过滤性能 907.6 结果与讨论 907.6.1 铸膜液中醋酸纤维素的浓度 907.6.2 助溶剂的添加 927.6.3 凝固前的蒸发时间 957.6.4 相变的动力学研究 967.6.5 相变的热力学研究 987.7 小结 99

第8章 界面聚合法制备醋酸聚酰胺纤维素薄膜复合纳滤膜8.1 微孔醋酸纤维素载体制备 1008.2 薄膜纳滤复合膜的制备 1008.3 表征仪器和方法 1018.4 水通量和截留率 1018.5 结果与讨论 1028.5.1 SEM 形貌表征 1028.5.2 红外光谱表征 1038.5.3 接触角测量 1048.5.4 吸水性能 1048.5.5 渗透率和孔隙度特征 1068.5.6 CHMA浓度对保盐性能的影响 1068.5.7 CHMA浓度对染料截留率的影响 1078.6 小结 109

第9章 零盐阻交联纤维素薄膜复合纳滤膜9.1 零盐阻交联纤维素薄膜复合纳滤膜的合成与制备 1109.1.1 TMSC合成过程 1109.1.2 纳滤膜的制备 1109.2 聚合物和膜的表征 1119.3 膜性能评价 1119.4 结果与讨论 1129.4.1 膜形态和结构 1129.4.2 膜分离性能 1149.5 小结 117

第10章 LbL 表面改性对醋酸纤维素纳滤膜性能的影响10.1 海藻酸钠膜的制备及化学改性 11810.1.1 原膜 11810.1.2 复合膜 11810.1.3 海藻酸钠的化学改性 11810.2 膜的表征 11910.3 渗透试验 11910.4 接触角测量 11910.5 污染测试 12010.6 结果与讨论 12010.6.1 膜的改性 12010.6.2 改性膜的形态表征 12110.6.3 膜的性能 12310.6.4 聚电解质改性膜的防污性能 12710.6.5 膜的稳定性和储存性 12810.7 小结 128

第11章 纤维素/二氧化锆纳滤膜制备及其水处理应用11.1 界面聚合制备纤维素/二氧化锆纳滤膜 13011.2 水处理结果测定 13111.2.1 浑浊度测定 13111.2.2 总硬度测定 13111.2.3 有机物测定 13111.3 膜的表征及性能测试方法 13111.3.1 场发射扫描测试 13111.3.2 ATR-IR表征 13211.3.3 X射线衍射测试 13211.3.4 热稳定性测试 13211.3.5 膜的性能测试 13211.4 结果与讨论 13411.4.1 界面聚合制备IP-ZrO2/BC-NFM 工艺优化 13411.4.2 IP-ZrO2/BC-NFM 的形貌分析 13911.4.3 IP-ZrO2/BC-NFM 的化学组成 14111.4.4 IP-ZrO2/BC-NFM 的结晶结构 14211.4.5 IP-ZrO2/BC-NFM 的热稳定性 14211.4.6 IP-ZrO2/BC-NFM 的膜性能评价 14411.4.7 IP-ZrO2/BC-NFM 的耐酸碱性能 14711.4.8 纤维素膜对饮用水的处理 14811.4.9 膜组件性能评价 15311.4.10 膜的清洗 15511.5 小结 156

第12章 全纤维素膜的金属离子吸附和染料催化脱色12.1 纤维素纳米晶体的改性 15812.2 全纤维素膜的制备 15912.3 膜的表征 15912.3.1 傅里叶红外光谱表征 15912.3.2 X射线衍射测试 15912.3.3 Zeta电位的测定 16012.3.4 表面粗糙度的测定 16012.3.5 表面形貌的表征及元素组成 16112.3.6 其他研究 16112.4 吸附等温线 16112.5 通过加氢催化染料脱色 16212.6 结果与讨论 16212.6.1 合成与表征 16212.6.2 膜制备 16612.6.3 金属离子去除 16812.6.4 染料的吸附和催化加氢 17312.7 小结 176

参考文献

随着全球工业化进程的加速和人口的不断增长，水资源短缺与水污染问题日益严重，已成为制约社会可持续发展的关键因素之一。而当前，污水处理行业普遍以;高能耗换取;高水质，污水处理的碳排放量约占社会总碳排放的1%～2%。由于缺乏高效的再生技术，导致污水处理的成本居高不下，行业的发展受到严重制约。为了保护和改善水环境，国家相继发布包括《水污染防治行动计划》在内的多项政策。2020年3月，中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于构建现代环境治理体系的指导意见》，要求探索促进污水收集效率提升与污染物降低的新方式和新技术。对此，研究开发低成本、高效的污水处理再生新材料，不仅能够有效降低污水处理的成本，还能提高处理效率，实现水资源的可持续利用。膜技术作为当代一门新型高效的分离技术，具有分离效率高、碳排放低、分离装置简单、自动化程度高、易与其他技术结合等优点，广泛应用于水处理等技术领域。其中，纤维素膜作为一种生物基的;零碳环保材料，具有易降解、易改性、生物相容性好等特点，在水处理领域具有良好的应用前景。因此，本书将重点探讨纤维素膜材料的开发及其在水处理中的应用，以期为纤维素膜材料的开发与应用提供一定的参考与启发。本书主要探讨了纤维素膜，尤其是纤维素超滤膜和纤维素纳滤膜及复合膜的制备、改性与性能评价等内容，同时还介绍了纤维素膜在具体水处理中的相关应用。在本书的编写分工方面，第4～8章由翁仁贵编写，第9～11章由田风编写，第2章和第3章由彭蕾编写，第1章和第12章由王发楠编写。全书由翁仁贵和王发楠审定。由于时间、水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正，以便我们不断完善和提高。

编者