温敏性聚醚砜超滤膜的制备及性能研究

发布时间：2017-10-27 16:25

  本文关键词：温敏性聚醚砜超滤膜的制备及性能研究

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【摘要】：超滤膜分离技术作为一种高效的分离手段具有广阔的应用前景,尤其在水处理领域,得到了广泛的应用。但是,随着科学技术的发展,现有的超滤膜材料已不能满足更复杂的使用环境要求。具有环境刺激响应特性的智能膜材料应运而生。温度作为最常见的可人为控制和设计环境因素,相应响应特性的材料应用十分广泛,温度敏感性超滤膜的制备更是目前研究的重点。本文采用聚醚砜(PES)与表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺的氧化石墨烯(GO-g-PNIPAAm)共混的方法制备温度敏感性超滤膜。这不仅改善了PES超滤膜亲水性差、抗污染能力的不足,而且赋予了原材料以温度敏感特性,以实现智能分离目标。超滤膜的制备采用浸没沉淀相转化法,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,凝固浴为蒸馏水。分别选取铸膜液中PES及PVP含量、凝固浴温度三个因素的三个水平,设计正交实验方案,制备一系列的PES超滤膜,通过对其渗透性能、形貌、使用稳定性及抗污染性的研究得出制备最佳工艺参数。以PES含量14 wt%、PVP含量8 wt%、凝固浴温度30℃条件下制备的PES超滤膜有较优异的使用性能。采用原子转移自由基聚合法(ATRP)将温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)接枝到氧化石墨烯(GO)上,合成温度敏感性纳米材料GO-g-PNIPAAm。利用红外光谱、EDS能谱及热重对目标产物的结构和性能进行表征。在最佳制备工艺条件下,将不同含量的GO-g-PNIPAAm与PES共混成膜,通过对改性膜温度敏感性、孔隙率、亲水性、机械强度及热稳定性等多方面性能进行综合表征考察,得出最佳添加量。结果表明,GO-g-PNIPAAm添加量为0.5 wt%时,改性膜使用稳定性、抗污染性能均有明显的改善,适用于不同环境温度下的智能分离。
【关键词】：超滤膜 聚醚砜 温敏性 N-异丙基丙烯酰胺 原子转移自由基聚合
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-24
• 1.1 课题的来源及研究的背景和意义8-9
• 1.2 膜分离技术9-11
• 1.2.1 膜分离技术简介9-10
• 1.2.2 膜材料的分类10-11
• 1.3 超滤膜11-15
• 1.3.1 超滤膜材料11-14
• 1.3.2 超滤膜的制备方法14-15
• 1.4 超滤膜的改性15-19
• 1.4.1 改性方法15-18
• 1.4.2 改性材料——氧化石墨烯18-19
• 1.5 温度敏感性超滤膜19-21
• 1.5.1 温度敏感性超滤膜概述19-20
• 1.5.2 聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）20-21
• 1.6 原子转移自由基聚合（ATRP）21-22
• 1.7 主要研究内容22-24
• 第2章 实验材料与实验方法24-34
• 2.1 实验药品及仪器设备24-25
• 2.1.1 实验药品24-25
• 2.1.2 实验仪器设备25
• 2.2 实验方法25-29
• 2.2.1 聚醚砜（PES）超滤膜的制备25-26
• 2.2.2 ATRP法合成GO-g-PNIPAAm26-28
• 2.2.3 PES/GO-g-PNIPAAm超滤膜的制备28-29
• 2.3 性能测试29-33
• 2.3.1 超滤膜渗透性能测试29-32
• 2.3.2 超滤膜使用稳定性测试32
• 2.3.3 超滤膜抗污染性能测试表征32-33
• 2.4 结构表征33-34
• 2.4.1 扫描电子显微镜表征33
• 2.4.2 红外光谱分析33
• 2.4.3 EDS能谱分析33-34
• 第3章 PES超滤膜的制备及性能研究34-46
• 3.1 PES超滤膜的制备工艺参数34
• 3.2 PES超滤膜的性能及结构表征34-45
• 3.2.1 渗透性能测试34-39
• 3.2.2 SEM形貌表征39-41
• 3.2.3 机械性能测试41-43
• 3.2.4 抗污染性能表征43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 PES/GO-g-PNIPAAm超滤膜的制备及性能研究46-59
• 4.1 GO-g-PNIPAAm的合成及表征46-50
• 4.1.1 GO-g-PNIPAAm的合成46-47
• 4.1.2 红外光谱分析47-48
• 4.1.3 EDS能谱分析48-49
• 4.1.4 SEM形貌表征49
• 4.1.5 热重分析49-50
• 4.2 PES/GO-g-PNIPAAm超滤膜的制备及表征50-58
• 4.2.1 PES/GO-g-PNIPAAm超滤膜的制备50-51
• 4.2.2 渗透性能测试51-53
• 4.2.3 SEM形貌表征53-54
• 4.2.4 使用稳定性测试54-56
• 4.2.5 抗污染性测试56-58
• 4.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-67
• 致谢67

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本文编号：1104296