表面接枝超支化聚合物制备抗污染PVDF膜的研究

发布时间：2017-10-18 00:25

  本文关键词：表面接枝超支化聚合物制备抗污染PVDF膜的研究

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【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)膜由于具有优良的机械性能、化学稳定性以及良好的热稳定性等优点而被广泛应用于膜分离领域。但是膜材料本身的低界面张力和疏水性,不仅会使污染物容易粘附在膜的表面,造成膜材料的污染,而且会导致膜通量降低,能耗增加,严重影响膜的使用性能。特别是在一些生物分离领域,膜污染问题更加突出。研究表明：在膜表面接枝亲水性聚合物刷,增强膜表面亲水性有助于抑制膜的污染。因此,对膜表面进行亲水化改性成为膜研究领域的重要内容。但是,目前在膜表面接枝改性的研究中,常用的聚合物刷多为线性分子链结构,受分子链结构的限制,膜亲水性能改善有限,而在本论文中我们选择接枝超支化的聚合物刷,考察其对膜表面亲水性及抗污染效果的影响。本论文通过三步反应,将超支化的多羟基和两性离子聚合物接枝在膜表面,研究了超支化改性对膜表面抗污染性能的影响。首先通过碱处理使膜表面产生双键,然后通过氨基与双键的迈克尔加成反应,在PVDF膜表面成功接枝超支化聚乙烯亚胺,最后分别用环氧丙醇、β-丙内酯与膜表面的氨基发生开环反应,对膜表面进行进一步的功能化修饰,分别制备表面接枝超支化多羟基结构的PVDFA-g-PG膜和表面接枝超支化两性离子的PVDFA-g-PB膜。用FT-IR及XPS对原膜及改性膜表面的化学组成进行分析,用场发射扫描电镜对表面的形貌进行表征,用动态接触角及通量变化考察膜表面改性前后润湿性能及渗透性能的变化,采用Zeta电位对膜表面电荷进行表征,采用静态蛋白吸附和动态污染测试来考察膜抗污染性能。结果表明：在膜表面成功接枝环氧丙醇及β-丙内酯后,膜表面的亲水性得到显著增强,膜动态接触角的起始值由原膜的1400降低到56o、45o、38o、580；膜表面的形貌及结构发生了明显变化；同时,膜改性前后抗污染性能得到明显增强,对牛血清白蛋白的吸附由原膜的246 ug/cm2降低到45 ug/cm2,对溶菌酶的吸附由358 ug/cm2降低到38 ug/cm2;纯水恢复率由原膜的45%增长到70%以上,得到显著提升。
【关键词】：聚偏氟乙烯膜 表面接枝 超支化分子 抗污染 两性离子
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-25
• 1.1 膜分离技术9-11
• 1.2 膜污染类型11-13
• 1.2.1 浓差极化现象11-12
• 1.2.2 膜污染12-13
• 1.3 膜亲水化改性13-17
• 1.3.1 本体改性14-15
• 1.3.2 表面改性15-17
• 1.3.2.1 表面涂覆15-16
• 1.3.2.2 表面接枝16-17
• 1.4 超支化聚合物17-20
• 1.4.1 超支化聚合物概述18-19
• 1.4.2 超支化聚合物在膜分离技术上的应用19-20
• 1.4.2.1 超支化聚合物在超滤膜改性的应用19
• 1.4.2.2 在纳滤膜制备的应用19-20
• 1.4.2.3 超支化聚合物在渗透汽化领域的应用20
• 1.5 课题的研究意义和内容20-25
• 1.5.1 课题的意义20-21
• 1.5.2 研究内容21-25
• 第二章 抗污染膜的制备与表征25-39
• 2.1 实验主要试剂与仪器25-26
• 2.2 抗污染膜的制备26-27
• 2.3 原膜及改性膜结构表征27-28
• 2.3.1 膜表面化学组成表征27-28
• 2.3.2 膜表面形貌表征28
• 2.4 膜基本性能测试28-29
• 2.4.1 膜表面润湿性能测试28
• 2.4.2 膜表面电荷性能测试28-29
• 2.5 结果与讨论29-36
• 2.5.1 红外谱图分析29-31
• 2.5.2 膜表面XPS分析31-33
• 2.5.3 膜表面形貌分析33-34
• 2.5.4 膜表面水接触角分析34-35
• 2.5.5 膜表面电荷分析35-36
• 2.6 本章小结36-39
• 第三章 膜的抗污染性能测试及分析39-49
• 3.1 实验仪器及试剂39-40
• 3.2 抗污染性能测试40-42
• 3.2.1 静态抗污染性能测试40-41
• 3.2.2 膜渗透性能及动态污染性能测试41-42
• 3.2.2.1 膜渗透性能测试41
• 3.2.2.2 动态污染性能测试41-42
• 3.3 结果与讨论42-47
• 3.3.1 静态蛋白吸附性能分析42-44
• 3.3.1.1 标准曲线绘制42-43
• 3.3.1.2 静态蛋白吸附结果分析43-44
• 3.3.2 渗透性能及动态蛋白污染结果分析44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 全文总结及下阶段建议49-51
• 4.1 课题总结49-50
• 4.2 研究建议50-51
• 参考文献51-57
• 攻读硕士学位期间发表论文及承担完成科研情况57-59
• 一、在校期间发表论文57
• 二、在校期间发明专利57
• 三、参加科研项目57-59
• 致谢59

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