无机纳米粒子对PVDF膜的改性研究

发布时间：2017-09-28 18:13

  本文关键词：无机纳米粒子对PVDF膜的改性研究

  更多相关文章： PVDF膜 有机-无机复合膜 Pd纳米粒子 介孔二氧化硅 离子印迹

【摘要】：随着膜分离技术和膜材料的迅速发展,聚偏氟乙烯(PVDF)膜已经不能满足人类生产生活的实际需要,因此需要对PVDF膜进行改性。采用新技术和新方法制备新型的PVDF基有机-无机复合膜,实现分离膜的多功能化一直是膜科学领域的研究热点。与纯PVDF膜相比,PVDF基有机-无机复合膜结合了有机材料和无机材料各自的优势,表现出催化和吸附等特性以及更加优异的分离透过性能。然而,无机纳米材料在聚合物基体中常常难以均匀分散,有机与无机两相之间结合不够紧密,导致无机纳米材料在膜服役过程中容易流失,起不到持久稳定的效果,这限制了有机-无机复合膜进一步发展和应用。本论文我们采用两种策略解决上述问题：(1)分别利用原位还原法和共缩聚法在改性PVDF膜孔中制备贵金属纳米粒子和巯基功能化的介孔硅球,得到PVDF基有机-无机复合膜,解决了无机纳米材料易团聚的问题,提高无机纳米材料在PVDF基体中的分散性和稳定性；(2)采用烯丙基功能化的离子印迹介孔硅球修饰PVDF链,然后通过浸没沉淀相转化法制成PVDF基有机-无机复合膜,解决了有机与无机两相间相容性问题以及无机相的团聚问题。将Pd纳米颗粒原位负载到PVDF/PMAA共混膜孔中,制得PVDF/Pd催化膜,并对4-硝基苯酚进行催化还原研究。原位合成的Pd纳米颗粒具有很好的分散性,没有产生团聚。PVDF/Pd催化膜具有优良的催化活性和催化稳定性。采用共缩聚法在改性PVDF膜孔中合成巯基功能化介孔硅球,制备出PVDF-介孔SiO2复合膜,并研究该复合膜对Pb~(2+)的吸附性能。研究结果表明,介孔硅很好地分散在改性PVDF膜孔中,没有团聚。PVDF-介孔SiO2复合膜对Pb~(2+)表现出良好的吸附性能,同时该复合膜便于二次利用,具有良好的重复利用性能以及稳定性。结合离子印迹技术和共缩聚法首先合成出了离子印迹介孔硅球,然后将其修饰PVDF链,得到有机无机复合物,研究该复合物制成的PVDF-IIMSiO2复合膜对Cu~(2+)的吸附性能。实验结果表明,该复合膜对于印迹离子(Cu~(2+))具有良好的吸附和选择性吸附性能,良好的稳定性和重复利用性。
【关键词】：PVDF膜 有机-无机复合膜 Pd纳米粒子 介孔二氧化硅 离子印迹
【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】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 有机-无机复合膜9-16
• 1.1.1 有机分离膜综述9-12
• 1.1.2 无机分离膜简介12
• 1.1.3 有机-无机复合膜简介12
• 1.1.4 有机-无机复合膜的主要分类12-13
• 1.1.5 有机-无机复合膜的主要制备方法13-16
• 1.2 贵金属纳米粒子16
• 1.3 介孔二氧化硅16-18
• 1.4 本文的研究目的及研究内容18-21
• 1.4.1 研究意义18
• 1.4.2 研究内容18-21
• 第二章 PVDF/Pd催化膜的制备及性能研究21-41
• 2.1 材料与设备21-23
• 2.1.1 实验材料和试剂21-22
• 2.1.2 试验主要仪器与设备22-23
• 2.2 PVDF/Pd催化膜的制备23-24
• 2.2.1 PVDF/PMAA共混膜的制备23
• 2.2.2 PVDF/PMAA共混膜负载Pd纳米粒子23-24
• 2.3 PVDF/Pd催化膜的表征24-25
• 2.4 PVDF/Pd催化膜催化性能的研究25
• 2.5 结果与讨论25-40
• 2.5.1 PMAA微球的形貌分析25-26
• 2.5.2 傅里叶红外光谱(FTIR)分析26
• 2.5.3 膜形貌及结构分析26-28
• 2.5.4 PVDF/Pd催化膜渗透性能28-30
• 2.5.5 错流模式下PVDF/Pd催化膜的催化性能30-38
• 2.5.6 PVDF/Pd催化膜渗透催化反应动力学38-39
• 2.5.7 PVDF/Pd催化膜的静态催化39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 PVDF-介孔SiO_2复合膜的制备及对Pb~(2+)吸附性能研究41-61
• 3.1 实验药品及仪器41-43
• 3.2 PVDF-介孔SiO_2复合膜的制备43-45
• 3.2.1 改性PVDF膜的制备43-44
• 3.2.2 PVDF-介孔SiO_2复合膜的制备44-45
• 3.3 PVDF-介孔SiO_2复合膜的表征与性能研究45-47
• 3.3.1 场发射扫描电镜45
• 3.3.2 透射电子显微镜镜45
• 3.3.3 傅里叶红外光谱仪45
• 3.3.4 孔隙率测定45-46
• 3.3.5 接触角测定46
• 3.3.6 PVDF-介孔SiO_2复合膜对铅离子吸附性能的研究46-47
• 3.4 试验结果与讨论47-59
• 3.4.1 形貌分析47-49
• 3.4.2 红外分析49-50
• 3.4.3 孔隙率和接触角50
• 3.4.4 热稳定性分析50-51
• 3.4.5 复合膜对铅离子吸附性能的研究51-58
• 3.4.6 PVDF-介孔SiO_2复合膜重复利用性能研究58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜的制备及对Cu~(2+)吸附性能的研究61-77
• 4.1 实验药品及仪器61-63
• 4.2 PVDF-IIMSiO_2复合膜的制备63-64
• 4.2.1 烯丙基功能化的铜离子印迹介孔二氧化硅的合成63
• 4.2.2 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜的制备63-64
• 4.3 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜的表征64-65
• 4.4 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜对印迹离子(Cu~(2+))吸附性能的研究65-66
• 4.4.1 膜及离子印迹介孔二氧化硅对Cu~(2+)吸附能力的对比65
• 4.4.2 pH值对PVDF-ⅡMSiO_2复合膜吸附Cu~(2+)的影响65
• 4.4.3 吸附动力学65
• 4.4.4 膜对Cu~(2+)的等温吸附研究65
• 4.4.5 纯PVDF膜(M00)以及PVDF-ⅡMSiO_2复合膜(M10)的选择性吸附实验65-66
• 4.4.6 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜的重复利用66
• 4.5 结果与讨论66-75
• 4.5.1 膜形貌分析66-67
• 4.5.2 红外分析67-68
• 4.5.3 膜及铜离子印迹介孔二氧化硅的热稳定性分析68
• 4.5.4 功能化铜离子印迹介孔二氧化硅(ⅡMSiO_2)的孔结构分析68-69
• 4.5.5 膜结构及亲水性能分析69
• 4.5.6 PVDF-ⅡMSiO_2复合膜对Cu~(2+)吸附性能的研究69-75
• 4.6 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-91
• 攻读硕士期间发表的论文和申请专利情况91-93
• 致谢93

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