PVDF中空纤维膜的功能化改性及性能研究
发布时间：2021-08-20 09:38
聚偏氟乙烯（PVDF）膜具有优异的物理化学性能与分离性能,已被广泛应用于污水处理领域。但是,其表面的疏水特性易黏附有机物、微生物等污染物质,从而造成污染,降低膜的服役寿命和增加运营成本,所以PVDF膜的亲水抗污改性研究具有重要的科学价值和实际意义。超声波技术在聚合物合成及改性方面可以显著增强反应速度、提高反应产率、调控聚合物的结构。本文采用超声波辅助接枝聚合技术对PVDF中空纤维膜进行功能化改性研究,以提高其表面的亲水性和抗污染性能。主要研究内容如下:采用超声波辅助接枝聚合技术制备了丙烯酸接枝聚偏氟乙烯中空纤维膜,详细探讨了超声时间、超声功率、单体浓度和引发剂负载量对接枝密度的影响,优化了AA在膜表面接枝密度的工艺条件。研究发现,与未改性膜相比,改性膜表面的水接触角从95.72°下降至41.40°,表明亲水性显著改善;改性膜的纯水通量从245.78±18.97 L/m2·h增加至359.27±24.66 L/cm2·h;改性膜的抗污染性能也得到显著改善,通量恢复率从52.75±2.76%增加到96.29±3.86%。采用超声波辅助接枝聚合技术...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PVDF-g-PLysAA膜制备过程的示意图
膜有良好的抗污染性能。可见，PVDF 膜表面亲水性能的提高能够显著改善膜表面的抗污染能力。图1-1 多巴胺和两性离子的结构FIG. 1-1 Structure of dopamine and zwitterion图1-2PVDF-g-PLysAA 膜制备过程的示意图FIG. 1-2 Schematic diagram of the PVDF-g-PLysAAmembrane preparation process1.2 聚偏氟乙烯膜的亲水化改性疏水性PVDF膜易吸附相同属性的污染物质，从而造成膜污染，所以改善膜基体或表面的亲水性进而提高其抗污染性能是必要的。目前，PVDF膜亲水性改性的方法主要分为本体改性和表面改性。1.2.1 本体改性（1）共混改性共混改性是一种操作简易、高效的改性方法。共混改性是将功能化聚合物在制膜过程中与未改性膜材料熔融共混成膜，以实现膜本体的功能化改性。疏水性膜的亲水改性常用的亲水性聚合物材料包括聚乙烯醇（PVA）[29]，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）
膜表面发生消除反应脱去HF形成反应活性大的双键，然后在高锰酸钾和亚硫酸氢钠的作用下发生双键水合反应进而形成羟基化表面，预处理过程如图1-3所示。Zhao[45]等将PVDF膜在5MNaOH溶液和5wt%的高锰酸钾溶液中进行预处理，膜表面被羟基化，从而使膜的表面活性提高。再将预处理膜置于以BIBB为引发剂，过渡金属盐（CuCl，CuCl2）和N-异丙基丙烯酰胺（NIPPAAm）配合物形成的催化体系中，通过ATRP法将NIPPAAm接枝到PVDF膜表面。抗菌试验测试中，大肠杆菌在改性膜的粘附量比未改性膜减少了75%，改性膜通过蛋白吸附试验，水通量恢复率可达91.59%。Chen[46]等通过对PVDF膜碱处理，降低膜的表面能，再将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯PEGDMA接枝到膜表面，获得PVDF-g-PEGDMA的改性膜。与未改性膜相比，改性膜对牛血清白蛋白（BSA）吸附量下降约80％，膜的水接触角降至0°。化学接枝改性使膜表面抗菌抗污染性能较优异，但在改性中强碱的预处理可能会破坏PVDF膜内部高分子链段结构，导致膜机械性能下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多糖类可食性膜的改性与应用研究进展[J]. 孙宛茹,贾仕奎,孙垚垚,韩欣成,高梦寒,许磊. 现代化工. 2018(06)
[2]聚醚砜接枝聚乙烯基吡咯烷酮超滤膜的制备及其抗污染性能[J]. 樊凯,周国清,杨海军,胡钧,侯铮迟. 辐射研究与辐射工艺学报. 2018(02)
[3]纳滤膜与水处理剂的联用技术与工程实践研究进展[J]. 任玉苗. 水处理技术. 2017(08)
[4]氨基酸修饰聚芳醚酮超滤膜的抗污染性能[J]. 侯淑华,郑吉富,董雪. 应用化学. 2017(06)
[5]四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝丙烯酰胺基甲基丙磺酸膜的研制[J]. 张董,郭贵宝,郝燕,安胜利,张嘉汉,闫凯波. 高分子材料科学与工程. 2016(04)
[6]膜工艺在电镀废水处理工程中的应用[J]. 夏仙兵,蔡邦肖,缪佳,林建平,倪政. 环境工程学报. 2016(01)
[7]反渗透膜生物污染的影响因素及控制方法的研究进展[J]. 李晨,杨禹,高鑫,侯立安. 水处理技术. 2015(02)
[8]两性离子聚合物表面改性的聚偏氟乙烯抗污染膜的制备及性能[J]. 冯霞,王倩,白静娜,赵义平,申向,陈熙,陈莉. 高分子材料科学与工程. 2014(07)
[9]两亲性共聚物的分子设计与合成及其共混膜性能[J]. 朱利平,王建宇,朱宝库,徐又一. 高分子学报. 2008(04)
[10]纳米二氧化硅表面改性及辐射引发接枝GMA的研究[J]. 孙贵生,俎建华,刘新文,童龙. 辐射研究与辐射工艺学报. 2007(05)
博士论文
[1]PVDF抗污染膜的研制及膜技术处理放射性废水的研究[D]. 陈利芳.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]基于纳米纤维的反渗透复合膜的制备及性能研究[D]. 徐国荣.北京化工大学 2014
[3]基于多巴胺自聚—组装行为的聚合物分离膜表面修饰与性能研究[D]. 蒋金泓.浙江大学 2014
[4]常压等离子体处理高分子材料诱导自由基及其引发表面改性反应的研究[D]. 孙洁.东华大学 2011
硕士论文
[1]PVDF/多孔陶瓷复合纳滤膜的制备及其应用研究[D]. 万安然.华南理工大学 2016
[2]两性离子在聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面接枝改性的研究[D]. 周桂花.西安建筑科技大学 2013
[3]环氧化物的开环反应研究[D]. 刘玉衡.河北师范大学 2009
本文编号：3353265
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PVDF-g-PLysAA膜制备过程的示意图
膜有良好的抗污染性能。可见，PVDF 膜表面亲水性能的提高能够显著改善膜表面的抗污染能力。图1-1 多巴胺和两性离子的结构FIG. 1-1 Structure of dopamine and zwitterion图1-2PVDF-g-PLysAA 膜制备过程的示意图FIG. 1-2 Schematic diagram of the PVDF-g-PLysAAmembrane preparation process1.2 聚偏氟乙烯膜的亲水化改性疏水性PVDF膜易吸附相同属性的污染物质，从而造成膜污染，所以改善膜基体或表面的亲水性进而提高其抗污染性能是必要的。目前，PVDF膜亲水性改性的方法主要分为本体改性和表面改性。1.2.1 本体改性（1）共混改性共混改性是一种操作简易、高效的改性方法。共混改性是将功能化聚合物在制膜过程中与未改性膜材料熔融共混成膜，以实现膜本体的功能化改性。疏水性膜的亲水改性常用的亲水性聚合物材料包括聚乙烯醇（PVA）[29]，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）
膜表面发生消除反应脱去HF形成反应活性大的双键，然后在高锰酸钾和亚硫酸氢钠的作用下发生双键水合反应进而形成羟基化表面，预处理过程如图1-3所示。Zhao[45]等将PVDF膜在5MNaOH溶液和5wt%的高锰酸钾溶液中进行预处理，膜表面被羟基化，从而使膜的表面活性提高。再将预处理膜置于以BIBB为引发剂，过渡金属盐（CuCl，CuCl2）和N-异丙基丙烯酰胺（NIPPAAm）配合物形成的催化体系中，通过ATRP法将NIPPAAm接枝到PVDF膜表面。抗菌试验测试中，大肠杆菌在改性膜的粘附量比未改性膜减少了75%，改性膜通过蛋白吸附试验，水通量恢复率可达91.59%。Chen[46]等通过对PVDF膜碱处理，降低膜的表面能，再将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯PEGDMA接枝到膜表面，获得PVDF-g-PEGDMA的改性膜。与未改性膜相比，改性膜对牛血清白蛋白（BSA）吸附量下降约80％，膜的水接触角降至0°。化学接枝改性使膜表面抗菌抗污染性能较优异，但在改性中强碱的预处理可能会破坏PVDF膜内部高分子链段结构，导致膜机械性能下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多糖类可食性膜的改性与应用研究进展[J]. 孙宛茹,贾仕奎,孙垚垚,韩欣成,高梦寒,许磊. 现代化工. 2018(06)
[2]聚醚砜接枝聚乙烯基吡咯烷酮超滤膜的制备及其抗污染性能[J]. 樊凯,周国清,杨海军,胡钧,侯铮迟. 辐射研究与辐射工艺学报. 2018(02)
[3]纳滤膜与水处理剂的联用技术与工程实践研究进展[J]. 任玉苗. 水处理技术. 2017(08)
[4]氨基酸修饰聚芳醚酮超滤膜的抗污染性能[J]. 侯淑华,郑吉富,董雪. 应用化学. 2017(06)
[5]四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝丙烯酰胺基甲基丙磺酸膜的研制[J]. 张董,郭贵宝,郝燕,安胜利,张嘉汉,闫凯波. 高分子材料科学与工程. 2016(04)
[6]膜工艺在电镀废水处理工程中的应用[J]. 夏仙兵,蔡邦肖,缪佳,林建平,倪政. 环境工程学报. 2016(01)
[7]反渗透膜生物污染的影响因素及控制方法的研究进展[J]. 李晨,杨禹,高鑫,侯立安. 水处理技术. 2015(02)
[8]两性离子聚合物表面改性的聚偏氟乙烯抗污染膜的制备及性能[J]. 冯霞,王倩,白静娜,赵义平,申向,陈熙,陈莉. 高分子材料科学与工程. 2014(07)
[9]两亲性共聚物的分子设计与合成及其共混膜性能[J]. 朱利平,王建宇,朱宝库,徐又一. 高分子学报. 2008(04)
[10]纳米二氧化硅表面改性及辐射引发接枝GMA的研究[J]. 孙贵生,俎建华,刘新文,童龙. 辐射研究与辐射工艺学报. 2007(05)
博士论文
[1]PVDF抗污染膜的研制及膜技术处理放射性废水的研究[D]. 陈利芳.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]基于纳米纤维的反渗透复合膜的制备及性能研究[D]. 徐国荣.北京化工大学 2014
[3]基于多巴胺自聚—组装行为的聚合物分离膜表面修饰与性能研究[D]. 蒋金泓.浙江大学 2014
[4]常压等离子体处理高分子材料诱导自由基及其引发表面改性反应的研究[D]. 孙洁.东华大学 2011
硕士论文
[1]PVDF/多孔陶瓷复合纳滤膜的制备及其应用研究[D]. 万安然.华南理工大学 2016
[2]两性离子在聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面接枝改性的研究[D]. 周桂花.西安建筑科技大学 2013
[3]环氧化物的开环反应研究[D]. 刘玉衡.河北师范大学 2009
本文编号：3353265
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