改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

发布时间：2017-01-12 16:37

  本文关键词：改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

《东北石油大学》 2012年

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

赵国发  

【摘要】：高分子有机聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)以其优良的化学稳定性、耐辐射性、抗污染性、耐热性和易成膜性而倍受青睐。但由于PVDF表面能低，制备出来的分离膜亲水性差，有极强的憎水性，在膜分离过程中，容易受到污染从而使膜的产水量降低。对膜材料进行改性是解决膜污染问题的根本途径。 本文为提高PVDF超滤膜的亲水性，增强其在水处理中的抗污染能力，采用相转化法制备了无机纳米颗粒与PVDF共混改性超滤膜。用杯式超滤装置考察了纳米改性对超滤膜纯水通量的影响；用接触角测定仪测量膜的纯水接触角，以表征膜的亲水性变化；采用强度测仪测定膜的机械性能；采用蛋白质法测定改性前后膜对牛血清白蛋白（BSA）溶液的截留效率；分别采用滤速法和液-液置换法测定了膜的孔径及孔径分布；对改性前后膜的纯水通量、机械强度、接触角、截留率的测试结果表明：改性膜PVDF1311的纯水通量由未改性时的93.28L·m~(-2)·h~(-1)增加至167.43L·m~(-2)·h~(-1)，提高了79.5%；改性膜的机械强度最大增加41.6%；改性膜PVDF1311的纯水接触角由未改性前的78.68°降至50.54°，亲水性得到明显改善；膜的孔径及孔径分布测试结果表明：纳米改性使膜的平均孔径增大、孔径分布更加均匀。 用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜(AFM)对膜表面、断面的结构形态及膜内部孔结构进行了分析。AFM测试结果表明，经过纳米改性，膜的表面的平均粗糙度增大，使超滤膜的有效过滤面积增加，从而增加了改性膜的纯水通量；SEM测试结果显示，改性膜与未改性膜具有相同的致密皮层和指状空孔结构，但改性膜孔道较光滑，使膜在运行过程中不易堵塞，改性膜的抗污染性能得到提高。膜用傅立叶红外光谱仪（FT-IR）分析了纳米组分加入对PVDF晶型的影响，结果表明：纳米组分引起了铸膜液应力的变化，使改性膜中PVDF的α晶型数量减少、β晶型数量增加；改性膜的红外谱图中除了纳米粒子的特征吸收峰外，没有生成新的吸收峰，证实了有机无机共混改性为纯物理共混。 采用浊点滴定法测定了铸膜液体系的三元相图，以考察纳米颗粒加入对PVDF超滤膜成膜过程中的热力学影响，结果表明：纳米组分的加入降低了铸膜液容纳非溶剂的能力，使其在较小的非溶剂浓度下即可固化成膜。采用紫外分光光度计测定了铸膜液体系的透光度下降曲线，考察纳米组分对PVDF成膜过程中的动力学影响，结果表明：纳米组分的加入使铸膜液中溶剂与非溶剂双向扩散的传质阻力减小，缩短了铸膜液从浸入凝胶浴瞬间至固化成膜的时间。 采用无机纳米颗粒改性PVDF超滤膜组件对大庆某采油厂二次砂滤水进行超滤处理，考察了膜的抗污染性能。从对含油污水中主要污染物的去除效果来看，改性前后膜对各污染物的去除率基本相同，超滤出水中含油量＜0.8mg·L~(-1)、浊度＜1.9NTU、悬浮物＜0.4mg·L~(-1)、COD去除率达到90%、TOC去除率在95%以上；分别对改性PVDF超滤膜进行了通量衰减率及通量清洗恢复率实验，，结果表明：经纳米改性后膜的通量衰减率降低、通量恢复率升高，纳米颗粒的加入提高了PVDF超滤膜的抗污染能力。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ325.4
【目录】：

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