聚偏氟乙烯（PVDF）膜改性特征及其应用研究

发布时间：2020-07-15 00:25

【摘要】：本文采用非溶剂诱导相转化法(non-solvent induced phase inversion,NIPS),通过共混改性的方式分别制备了非离子型氟碳特种表面活性剂(FS-30)共混PVDF膜和左氧氟沙星(Levofloxacin,LVFX)共混PVDF抑菌膜。利用氟碳特种表面活性剂的特殊性质实现了膜的截留率与通量的同时提高,利用左氧氟沙星作添加剂赋予了膜亲水与抑菌的双重性能。首先,考察了PVDF/LiCl/FS-30/DMAc体系下,不同添加量FS-30对PVDF膜结构形态及性能的影响。FS-30的加入显着提升了膜的性能,同时提高了膜的纯水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率,这对膜的应用具有重要价值。通过添加FS-30,纯水通量从原膜M0的114.68 LMH增加到共混膜M7的393.76 LMH。当FS-30添加量小于5wt%时,膜的BSA截留率也不断增加,在M5时达到99.48%。膜性能的变化可归因于相转化过程以及膜的形态结构特征。FS-30作改性剂增加了膜孔隙率并使膜的亲水性提高了28.06%。然而,膜的平均孔径从0.339μm减小到0.241μm,且由于FS-30的独特性质,产生了特殊的“级孔”结构。傅立叶变换红外(FTIR)光谱和X射线衍射(XRD)成像显示FS-30虽在凝固浴中流失并且未留存于膜上,但影响了α相和β相的晶体组成,促进PVDF膜相转化过程向瞬时相过程发生。同时,通过扫描电子显微镜(SEM)表征了FS-30对膜形态的影响,并从相转化的角度结合铸膜液的热力学和动力学特征分析了膜的形态变化。结果发现,FS-30对铸造溶液动力学的影响不能平衡对热力学不稳定性的影响,热力学效应仍占主导地位,使得FS-30共混膜具有更明显的不对称结构。此外,还分别利用叶绿素荧光技术和细菌接种培养实验,对共混膜在地表水中藻类和细菌的截留效果方面进行了表征,结果表明FS-30/PVDF膜具有优良的性能。其次,考察了PVDF/PVP/LVFX/DMAc体系下,不同添加量LVFX对PVDF膜性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和接触角等表征手段,分析了左氧氟沙星在PVDF膜上存在及其对膜结构和亲水性能的影响规律。分别利用牛血清蛋白(BSA)静态吸附、循环通量衰减和抑菌圈、抑菌率评价了LVFX/PVDF共混膜的抗污染性能和抑菌性能。结果表明,左氧氟沙星稳定存在于膜上;随着左氧氟沙星添加质量分数的增加,共混膜的接触角由77.7°下降至62.1°,亲水性增强;共混膜的BSA静态吸附量下降,通量恢复率升高,不可逆污染指数在LVFX添加质量分数为0.6%时,降至11.8%,抗污染能力最佳;LVFX添加质量分数为0.3%时,即有抑菌圈生成,添加质量分数为0.6%时,抑菌率可达92.3%,抑菌性能优异。此外,一段时间运行的共混膜经再生后,仍能保持较好的抑菌效果。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TQ051.893
【图文】：

表面活性剂,基本结构,氟碳链,碳氢

聚偏氟乙烯（PVDF）膜改性特征及其应用研究某些特殊需要。氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中发展最快的一种，如图 1.，其与普通表面活性剂在分子结构上的区别在于碳氢链上的氢原子部分或全部原子所取代[32]。其特性主要取决于疏水基的氟碳链，更重要的是取决于氟元素特性质。一方面氟碳链极性比碳氢链小，因而氟碳链疏水作用要比碳氢链强的一方面氟碳键能高，因而氟碳链结构远比碳氢链结构稳定。这两个因素的共同使得氟碳特种表面活性剂分子在水溶液中相对普通表面活性剂具有更加强烈的趋势和倾向，在液/气界面上可以按照特定的方向聚集和排列成分子液膜，因而与其它表面活性剂所不同的特性[33]。氟碳特种表面活性剂因其优良性能和重要，被广泛应用于合成洗涤剂、化妆品、食品、橡胶、塑料、油墨等行业[34-36]。

傅里叶红外光谱,结构性能

第三章氟碳特种表面活性剂（FS-30）对 PVDF 膜相转化和结构性能的影响第三章氟碳特种表面活性剂（FS-30）对 PVDF 膜相转化和结构性能的影响本章利用氟碳特种表面活性剂的特殊性质实现了膜通量与 BSA 截留率的同步提升。膜的相关性质通过傅里叶红外光谱、X 射线衍射、扫描电子显微镜等进行了表征。膜的基本性能借助死端过滤装置进行了测定。膜的实际应用价值借由藻类与细菌的去除效果进行了确认。3.1 膜的化学及晶态结构分析

分相,β相,α相,热力学稳定相

-30 在该体系中相含量的影响中起主导作用。我们知道α相是动力学有利，β相是 PVDF 热力学稳定相，瞬时分相与延时分相分别有利于α相和β相成[38]。β相晶型的减少表明非离子型氟碳特种表面活性剂 FS-30 的加入使力学不稳定性增强，膜的相转化路径向瞬时分相过程发生，从而有利于孔结构的非对称膜，这在 SEM 的表征中得到了验证。表 3.1 FS-30/PVDF 共混膜铸膜液及膜形态特征 F（β）（%）孔径（μm）孔隙率（%）粘度（pa·s）拉伸强度（N/mm2）43.67 0.339 20.55 15 3.3243.15 0.327 26.02 16 2.6843.11 0.253 44.06 21 2.9843.26 0.241 48.44 24 2.4643.18 0.320 46.85 26 2.15 膜的形态结构分析

【相似文献】