一种PVDF分离膜的研究

发布时间：2017-09-18 04:41

  本文关键词：一种PVDF分离膜的研究

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【摘要】：当今世界水资源短缺,环境污染日益严重的情况下,膜分离技术作为一种新型分离技术,因过程具有节能高效、操作简便、容易控制、同时又不会污染环境等优点被广泛用于污水处理、物质净化、浓缩、分离等方面。聚偏氟乙烯(PVDF)因为其具有良好的机械性能、化学稳定性、制备过程较容易,成为制备分离膜的良好材料。但PVDF材料表现为强疏水性,这会导致PVDF膜在使用过程中需要较大的驱动力,容易使膜污染,使膜使用的次数变少,从而制约了PVDF膜的应用。制备具有较好亲水性能的PVDF分离膜是改善膜污染,延长膜使用寿命的有效方法之一。本文利用碱处理和接枝具有亲水基团单体方法提高PVDF大分子亲水性,并将其制备成亲水性PVDF分离膜。本文采用溶液化学接枝法成功制备了一种PVDF亲水分离膜。首先用原硅酸钠对PVDF大分子链进行碱处理,在PVDF大分子链上引入双键和氢氧根,然后以含亲水环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为接枝单体,在PVDF大分子链上接枝PGMA侧链,得到PVDF-g-PGMA大分子,从而进一步提高了PVDF大分子亲水性。最后以聚丙烯无纺布作为支撑膜,通过溶液浇铸法得到PVDF-g-PGMA分离膜。本研究对PVDF分离膜制备条件进行了考查,包括引发剂和单体用量、烘膜温度、PVDF浓度等,同时对在不同条件下得到的PVDF分离膜纯水通量、聚乙二醇(PEG)-20000截留率、吸水率、膨胀率及孔隙率进行了测量,并主要依据分离膜纯水通量和对聚乙二醇-20000截留率数值,确定膜较佳的制备条件。本文还采用红外光谱(IR)对PVDF分离膜上下表面基团进行了表征,用扫描电镜(SEM)、热失重曲线(TGA)和X-射线衍射光谱(XRD)分别对PVDF分离膜表面及截面形貌、热稳定性及结晶状态进行了分析。结果表明,GMA浓度为30.7g·L-1,BPO浓度为12.9g·L-1,引发接枝温度和时间分别为65℃和4h,烘膜温度及时间分别为80℃和6h时,得到的PVDF分离膜综合性能较好,该分离膜纯水通量为75.8L·m-2·h-1,PEG-20000截留率为100%。PVDF分离膜在制备过程中,接触玻璃板一面比接触空气一面更光滑致密,孔隙分布更均匀。该分离膜为半结晶状态,在水和盐酸溶液中均具有较好的化学稳定性,同时在双氧水溶液中也具有一定的抗氧化性,在碱溶液中稳定性稍差。
【关键词】：PVDF 分离膜 化学接枝法 截留率
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【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1章 绪论9-20
• 1.1 分离膜9
• 1.1.1 膜的定义9
• 1.1.2 膜的分类9
• 1.2 膜分离技术9-11
• 1.2.1 膜分离过程的定义10
• 1.2.2 膜分离技术的特点10-11
• 1.2.3 膜分离过程的分类11
• 1.3 高分子分离膜材料11-13
• 1.3.1 纤维素衍生物类12
• 1.3.2 聚砜类聚合物12
• 1.3.3 含氟聚合物类12-13
• 1.3.4 聚酰胺类高分子材料13
• 1.3.5 聚酯类高分子材料13
• 1.4 聚偏氟乙烯分离膜的研究现状13-18
• 1.4.1 聚偏氟乙烯（PVDF）13-14
• 1.4.2 PVDF分离膜14
• 1.4.3 聚偏氟乙烯分离膜的制备方法14-16
• 1.4.4 聚偏氟乙烯分离膜亲水改性方法16-18
• 1.5 论文立题依据及研究内容18-20
• 第2章 PVDF分离膜的制备方法20-27
• 2.1 实验药品及仪器20-21
• 2.1.1 实验药品20-21
• 2.1.2 实验仪器21
• 2.2 PVDF分离膜的制备21-23
• 2.2.1 PVDF分离膜的碱处理21
• 2.2.2 PVDF分离膜的制备21-23
• 2.3 膜的性能测试与表征23-27
• 2.3.1 水通量的测试23
• 2.3.2 截留率测试23-24
• 2.3.3 膜吸水率和膨胀率的测量24-25
• 2.3.4 膜化学稳定性测量25
• 2.3.5 变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）分析25
• 2.3.6 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）分析25
• 2.3.7 热稳定性分析25-26
• 2.3.8 X射线衍射分析26
• 2.3.9 孔隙率测试26-27
• 第3章 结果与讨论27-48
• 3.1 PVDF分离膜照片27-28
• 3.2 膜的红外光谱分析28
• 3.3 分离膜的制备和性能测试28-41
• 3.3.1 膜水通量及截留率测试条件的建立29-30
• 3.3.2 10% PVDF溶液体系成膜研究30-36
• 3.3.3 12% PVDF溶液体系成膜研究36-38
• 3.3.4 烘膜温度对PVDF分离膜性能的影响38-39
• 3.3.5 PVDF浓度对PVDF分离膜性能的影响39-40
• 3.3.6 PVDF分离膜对不同分子量聚乙二醇的截留率40-41
• 3.4 膜的表面形貌41-44
• 3.5 膜的热稳定性分析44-45
• 3.6 膜XRD分析45-46
• 3.7 PVDF分离膜化学稳定性46-48
• 第4章 结论48-49
• 参考文献49-53
• 致谢53

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