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研究生:楊少奇
研究生(外文):Yang,Shao-Ci
論文名稱:矽氧烷共混對PAN/chitosan/silanes奈米過濾複合薄膜阻鹽效能之探討
論文名稱(外文):Effect of Silanes Mixture on Salt-Retardation Performance of PAN/chitosan/silanes Nanofiltration Composite Membrane
指導教授:林松華
指導教授(外文):Lin,Sung-Hwa
口試委員:賴森茂廖英志
口試日期:2016-10-04
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:奈米過濾薄膜幾丁聚醣聚丙烯腈四乙氧基矽烷胺丙基三乙氧基矽烷3-環氧丙醇三甲氧基矽烷
外文關鍵詞:nanofiltration compositechitosanpolyacrylonitriletetraethoxysilane3-aminopropyltriethoxysilane3-glycidoxypropyl-trimethoxysilane
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本研究論文,主要是使用聚丙烯腈 (polyacrylonitrile, PAN)作為複合薄膜的支撐層,幾丁聚醣 (chitosan)作為複合薄膜的緻密皮層,並使用矽氧烷作為交聯劑,其中交聯劑包括四乙氧基矽烷 (tetraethoxysilane, TEOS)、胺基丙基三乙基矽烷 (3-aminopropyltriethoxysilane, APTES)、3-縮水甘油丙基三甲氧矽烷 (3-glycidoxypropyl-trimethoxysilane, GPTMS),以單一純silane和共混雙silane的方式對幾丁聚醣進行改質,以製備新型的PAN/chitosan/silanes奈米過濾複合薄膜。本實驗所使用的儀器包含了掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM)、高壓過濾裝置、感應耦合電漿光學放射光譜儀 (inducitively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP-OES)。本實驗的研究重點包括: (1)由SEM淬斷面和平面圖,探討silane和幾丁聚醣之間的相容性; (2)由網狀交聯結構的產生、無機材料本身的不透水性以及薄膜厚度所造成的質傳阻力的影響,探討影響通量的最主要原因; (3)探討鹽類的濃度對於鹽類通量的影響; (4)分析立體障礙性和交聯點數量,以確定阻鹽率較佳的複合薄膜製程。
In this research paper, primarily using polyacrylonitrile (PAN) as the composite film support layer, chitosan composite films as dense layer, and using silanes as a cresslinking agent, where the crosslinking agent includes tetraethoxysilane (TEOS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), and 3-glycidoxypropyl-trimethoxysilane (GPTMS) ,the chitosan were modified by using single pure silane and silanes mixture to prepare novel PAN/chitosan/silanes nanofiltration composite films. The instruments used in this experiment include scanning electron microscope (SEM), high pressure filtration device, and inducitively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES). The emphasis of research work is put on : (1) analyzing the compatibility of silane and chitosan by surface and cross-section of SEM; (2) analyzing the impact on flux of crosslinked network structure, inorganic material impermeability, and film thickness; (3) analyzing the effect on salt flux of the concentration of salts; (4) determining the process for higher salt-retardation composite membrane by analyzing steric hindrance and extent of crosslinking.
目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1-1-1 海水淡化 1
1.2 過濾方法 3
1.2.1 薄膜分離技術介紹 4
1-3 有機-無機複合薄膜 5
1-4 複合薄膜製備方法 6
1-5 幾丁質與幾丁聚醣 7
1-5-1 幾丁聚醣的特性與應用 7
1-5-2 幾丁聚醣的交聯反應 7
1-6 研究動機與目標 8
第二章 實驗 9
2-1 實驗藥品與材料 9
2-2 實驗儀器 10
2-3 實驗流程圖 12
2-4 實驗步驟 13
2-4-1 PAN支撐層製備 13
2-4-2 chitosan/ silane 溶液製備 13
2-4-3 PAN/ chitosan/ silane複合薄膜製備 13
2-4-4 實驗樣品命名 13
2-5 複合薄膜分析與測試 14
2-5-1 掃描式電子顯微鏡 (SEM) 14
2-5-2 純水過濾實驗 14
2-5-3 單一鹽類過濾實驗 14
2-5-4 感應耦合電漿光學放射光譜儀 (ICP-OES) 14
2-5-5幾丁聚醣與矽氧烷相容性之探討 14
2-5-5-1水接觸角測試 (water contact angle test) 14
2-5-5-2 未洗過之純silane複合薄膜SEM淬斷圖 15
第三章 結果與討論 17
3-1 複合薄膜結構型態分析 17
3-1-1 掃描式電子顯微鏡 (SEM) 17
3-2 單一鹽類與純水之通量實驗 18
3-3 單一鹽類過濾實驗 19
3-4幾丁聚醣與矽氧烷相容性之探討 21
第四章 結論 71
參考文獻 72

圖目錄
圖1-1 全世界生產乾淨水的比例 1
圖1-2 1980到2016間,薄膜法與蒸發法所生產的純淨水比較 3
圖1-3 薄膜系統依照原溶液進入薄膜中,分為終端系統與橫流系統 4
圖1-4 幾丁質與幾丁聚醣化學結構的比較 7
圖2-1 高壓過濾設備設計圖(集廣公司提供) 16
圖2-2 高壓過濾實體圖 16
圖3-1 幾丁聚醣的羥基與矽氧烷的反應式 22
圖3-2 幾丁聚醣的氨基與矽氧烷的反應式 22
圖3-3 矽氧烷的自身聚合反應 22
圖3-4 PAN的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 23
圖3-5 PC-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 24
圖3-6 PCT-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 25
圖3-7 PCG-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 26
圖3-8 PCA-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 27
圖3-9 PCTA-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 28
圖3-10 PCTG-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 29
圖3-11 PCGA-20-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 30
圖3-12 PC- 200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 31
圖3-13 PCT-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 32
圖3-14 PCG-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 33
圖3-15 PCA-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 34
圖3-16 PCTA-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 35
圖3-17 PCTG-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 36
圖3-18 PCGA-20-200的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 37
圖3-19 PCT-60-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 38
圖3-20 PCG-60-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 39
圖3-21 PCA-60-150的SEM淬斷面 (A)0.5kx (B)5kx 40
圖3-22 PAN的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 41
圖3-23 PC-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 42
圖3-24 PC-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 43
圖3-25 PCT-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 44
圖3-26 PCG-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 45
圖3-27 PCA-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 46
圖3-28 PCTA-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 47
圖3-29 PCTG-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 48
圖3-30 PCGA-20-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 49
圖3-31 PCT-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 50
圖3-32 PCG-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 51
圖3-33 PCA-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 52
圖3-34 PCTA-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 53
圖3-35 PCTG-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 54
圖3-36 PCGA-20-200的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 55
圖3-37 PCT-60-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 56
圖3-38 PCG-60-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 57
圖3-39 PCA-60-150的SEM平面圖 (A)0.5kx (B)50kx 58
圖3-40 PAN、PC-150、PCT-20-150、PCG-20-150、PCA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的純水通量 59
圖3-41 PAN、PC-150、PCTA-20-150、PCTG-20-150、PCGA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的純水通量 59
圖3-42 PAN、PC-200、PCT-20-200、PCG-20-200、PCA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的純水通量 60
圖3-43 PAN、PC-200、PCTA-20-200、PCTG-20-200、PCGA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的純水通量 60
圖3-44 PAN、PC-150、PCT-60-150、PCG-60-150、PCA-60-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的純水通量 61
圖3-45 PAN、PC-150、PCT-60-150、PCG-60-150、PCA-60-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之通量 61
圖3-46 PAN、PC-150、PCT-20-150、PCG-20-150、PCA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之通量 62
圖3-47 PAN、PC-150、PCTA-20-150、PCTG-20-150、PCGA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之通量 62
圖3-48 PAN、PC-200、PCT-20-200、PCG-20-200、PCA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之通量 63
圖3-49 PAN、PC-200、PCTA-20-200、PCTG-20-200、PCGA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之通量 63
圖3-50 PAN、PC-150、PCT-20-150、PCG-20-150、PCA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之阻鹽率 64
圖3-51 PAN、PC-150、PCTA-20-150、PCTG-20-150、PCGA-20-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之阻鹽率 64
圖3-52 PAN、PC-200、PCT-20-200、PCG-20-200、PCA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之阻鹽率 65
圖3-53 PAN、PC-200、PCTA-20-200、PCTG-20-200、PCGA-20-200與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之阻鹽率 65
圖3-54 PAN、PC-150、PCT-60-150、PCG-60-150、PCA-60-150與商業膜NF270在壓力為4 bar下的100 ppm硫酸鎂水溶液之阻鹽率 66
圖 3-55 PCT-20-150未洗過的SEM淬斷圖 (A)0.5kx (B)5kx 68
圖 3-56 PCG-20-150未洗過的SEM淬斷圖 (A)0.5kx (B)5kx 69
圖 3-57 PCA-20-150未洗過的SEM淬斷圖 (A)0.5kx (B)5kx 70

表目錄
表1-1 比較不同膜過濾系統 5
表2-1 實驗樣品命名表 13
表3-1 膜表面的水接觸角測試 67


參考文獻
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