功能化多壁碳纳米管改性PVDF膜及其油水分离性能研究

发布时间：2020-04-13 10:16

【摘要】：大量含油废水在工业生产中排放,这些废水会产生严峻的环境问题。因此,排放前的处理变得至关重要。目前,处理含油废水的主要方法包括吸收,分离与蒸发等。在这些处理方式中,膜分离技术由于高移除率、低能耗和设置简单等特点被喻为解决水危机的关键技术。聚偏氟乙烯(PVDF)由于较好的机械性能以及良好的化学稳定性等特点被广泛应用于制膜领域。然而,由于PVDF膜自身的疏水性能,膜易被污染。因此,怎样对膜进行亲水性改性成为了焦点。常用的PVDF膜的改性方法可分为膜材料改性和膜表面改性两类,膜表面改性的方法主要在于用极性基团对膜表面进行修饰,包括表面接枝法和表面涂覆法。膜材料改性致力于在聚合物基体添加极性基团提高膜的亲水性。因此,本文决定采用不同的膜改性方式对膜进行修饰处理,并探究改性膜对油水的分离性能。首先通过水热法制备了 ZrO2-MWCNTs纳米复合材料,将其添加至铸膜液中,通过相转化法制备ZrO2-MWCNTs/PVDF共混膜。使用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重量分析仪(TGA)对ZrO2-MWCNTs复合纳米材料进行表征,证实ZrO2已经成功地负载到多壁碳纳米管上。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对膜结构进行研究,证实二元金属氧化物可以改善多壁碳纳米管的分散性,另一方面,可以为膜孔道提供更多的吸附位点,提高油水分离能力。设计合成出具有高亲水性的A-MWCNTs纳米复合材料,采用FT-IR、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱分析仪(XPS)对A-MWCNTs纳米材料的官能团、形貌结构进行表征,结果证实碳纳米管表面成功接枝上APTES。为了发挥功能化碳纳米管的优势,不同于一般的共混与表面修饰,直接将功能化碳纳米管在压力驱动下嵌入PVDF膜表面,借助莱卡显微镜与有机总碳分析仪(TOC)对分离前后乳液进行测定,证实其对不同类型的油水乳液具有很高的分离效率,但由于表面嵌入的碳纳米管不稳定且易堵塞孔道,采用一种更简便快捷的表面修饰方法。通过APTES修饰制备了 A-MWCNTs,将多巴胺将A-MWCNTs“粘结”在PVDF膜表面,成功制备出多巴胺/A-MWCNTs/PVDF复合膜。由于APTES结构引入了大量亲水性的羟基和氨基基团,提高了水与膜之间的相互作用,增加了 PVDF膜的表面能,提高了 PVDF膜的亲水性,使用膜对不同类型油水乳液在不同物理化学环境下进行分离测试后,证实了膜具有优异的油水分离性能和高通量,更重要的是,改性膜具有较高的稳定性和抗污染性。综上所述,几种膜修饰方法制备的改性膜都可以显著改善膜的油水分离性能。
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有选择性的特点实现对混合物中不同物质分离、纯化和浓缩的过程。膜分离过程逡逑的核心部件就是膜材料，是指在流体相之间薄的凝聚相把流体相分隔为互不相通逡逑的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用，，膜分离过程示意图如下图１．１。逡逑膜具有选择透过性，是相与相之间不连续区间。原料是相１，渗透物是相２。原逡逑料中被允许通过的组分在推动力的作用下可以快速的通过膜达到物料分离的效逡逑果。逡逑相１逦膜逦相２逡逑逦？逡逑0邋0逡逑000逦逦邋0逡逑0邋0逦0？逡逑原料逦Ｏ逦＾邋0邋掺透物逡逑°邋0邋0逡逑000逦．逡逑推动力逡逑图１－１．膜分离示怠图逡逑１．３膜分离技术的优势逡逑（１）膜分离过程能耗低。大多数分离技术诸如蒸发、萃取、吸附等伴随符相逡逑的变化，而相变化具有较大的潜热。但是大多数膜分离过程只

本文编号：2625896