纳米无机粒子改性PVDF膜结构与性能的研究

发布时间：2017-07-20 17:16

  本文关键词：纳米无机粒子改性PVDF膜结构与性能的研究

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【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)膜因为其良好的化学性能,热稳定性和机械性能,而被广泛应用。然而,由于PVDF本身疏水性较强,导致PVDF莫在使用过程中疏水性强,膜易被有机物污染,导致膜的水通量下降和使用寿命缩短,限制其广泛应用。另外,浸没沉淀相转化法制备的膜水通量低。为了提高PVDF莫的综合性能,分别将无机纳米粒子Ti02和MWCNTs引入PVDF复合膜中,通过蒸汽相转化法(VIPS)法制备PVDF/无机纳米粒子复合膜。这种改性方法制造工艺简单,可以明显的提高膜的性能。通过多种测试方法如扫描电子显微镜(FESEM)、孔径分布、孔隙率、水通量、水接触角、静态蛋白吸附试验和拉伸强力等分别研究不同添加量的TiO2和MWCNTs对PVDF形态结构、渗透性能、抗污染性能和力学性能的影响。同时研究了不同温度、湿度和PVDF浓度对复合膜结构和性能的影响。主要研究内容和结果摘要如下：PVDF成膜工艺会对膜结构和性能产生影响,测试结果表明,当PVDF浓度为25wt%,温度为50℃,湿度为80%时,PVDF/TiO2和PVDF/MWCNTs复合膜的性能最好。通过对PVDF/TiO2膜的测试,结果表明,当Ti02含量为1%时,PVDF/TiO2膜的水通量、亲水性、膜表面蛋白吸附量、孔径分布和机械性能等性能明显提高。通过FESEM测试结果可以看到,PVDF/TiO2 和 PVDF/MWCNTs两种复合膜的表面均是由球状颗粒结构组成,并且球状颗粒的尺寸都随着TiO2 和 MWCNTs含量的增加而减小本文中,通过红外光谱、广角X-射线衍射(WXRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、 FESEM和水接触角等测试研究了PVDF浓度对PVDF/MWCNTs复合膜结构和性能的影响。结果表明,PVDF/MWCNTs的水接触角从143.6°下降到98.1°,结晶度却从15.8%增加到23.8%。XPS分析结果表明大量的MWCNTs聚集在膜表面。通过FESEM对PVDF/MWCNTs复合膜形貌的观察,发现PVDF/MWCNTs复合膜是由球状颗粒组成,球状颗粒尺寸随着PVDF浓度的增加而减小。
【关键词】：聚偏氟乙烯 碳纳米管 纳米TiO_2 蒸汽相转化 复合膜
【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】：

• 学位论文主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 膜的基本概述9-12
• 1.1.1 膜的定义及分类9
• 1.1.2 膜材料的选择9-10
• 1.1.3 膜分离技术的发展史10-12
• 1.2 聚偏氟乙烯(PVDF)膜研究进展12-14
• 1.2.1 PVDF材料的特性12
• 1.2.2 PVDF膜的制备方法12-14
• 1.3 无机纳米粒子改性PVDF膜的研究现状14-17
• 1.3.1 碳纳米管(CNTs)改性PVDF膜及其应用14-15
• 1.3.2 二氧化钛(TiO_2)改性PVDF膜及其应用15-16
• 1.3.3 其他无机粒子改性PVDF膜及其应用16-17
• 1.4 课题研究的目的和意义17
• 1.5 课题研究的内容17-19
• 第二章 实验材料及测试方法19-27
• 2.1 实验原料及试剂19
• 2.2 实验仪器19-20
• 2.3 膜结构与性能表征方法20-27
• 2.3.1 水通量测试20-21
• 2.3.2 力学性能测试21
• 2.3.3 亲水性测试21-22
• 2.3.4 膜孔隙率测试22
• 2.3.5 膜抗污染性测试22-23
• 2.3.6 X-射线光电子能谱分析23-24
• 2.3.7 扫描电子显微镜24
• 2.3.8 膜的孔径分布测试24
• 2.3.9 X射线衍射仪(XRD)24-25
• 2.3.10 铸膜液流变行为测试25-27
• 第三章 TIO_2纳米无机粒子改性PVDF膜的制备与研究27-43
• 3.1 PVDF/TIO_2复合膜的制备过程27
• 3.2 结果与讨论27-40
• 3.2.1 TiO_2含量对PVDF/TiO_2复合平板膜结构与性能的影响27-32
• 3.2.2 温度对PVDF/TiO_2复合平板膜结构与性能的影响32-36
• 3.2.3 相对湿度对PVDF/TiO_2复合膜结构和性能的影响36-40
• 3.3 本章小结40-43
• 第四章 MWCNTS改性PVDF膜的制备与研究43-63
• 4.1 PVDF/MWCNTs复合膜的制备过程43
• 4.2 结果与讨论43-62
• 4.2.1 温度对PVDF/MWCNTs复合膜结构和性能的影响43-48
• 4.2.2 相对湿度对PVDF/MWCNTs复合膜结构和性能的影响48-53
• 4.2.3 MWCNTs含量对PVDF/MWCNTs复合膜结构和性能的影响53-57
• 4.2.4 PVDF浓度对PVDF/MWCNTs复合膜结构和性能的影响57-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 结论63-65
• 参考文献65-69
• 发表论文和参加科研情况69-71
• 致谢71

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