亲水自清洁超滤膜的制备及其性能研究

发布时间：2020-05-20 22:16

【摘要】：本研究受自然界中抗污染原型启发,通过表面偏析、静电自组装方法,将亲水基团和低表面能基团引入膜表面,调控膜表面性质,强化双重抗污染机制,增强了抗污染性能且提高了其长期稳定性。具体工作如下:硅酸四乙酯(TEOS)在全氟磺酸(PFSA)聚合物催化下水解缩聚原位生成二氧化硅(SiO_2)纳米颗粒,利用PFSA聚合物和SiO_2纳米颗粒间的氢键作用调控协同表面偏析过程。在聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面引入亲水微区和低表面能微区,调控了膜表面化学组成、表面性质,增强了PVDF/PFSA/SiO_2膜表面对于乳化油滴、蛋白质和酵母菌等污染物的抵抗能力。制备了聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯(PEI-GO),通过PFSA聚合物与PEI-GO纳米片之间的静电作用调控协同表面偏析过程。复合改性剂成功改善了膜的物理形貌,调控了膜表面性质(包括Zeta电位、接触角、表面能等)。通过强化“污染抵御”和“污染驱除”机制,PVDF/PFSA/PEI-GO膜对于污染物的抵抗能力得到提升,并且膜表面性质和化学组成持久稳定。通过静电组装的方法在聚丙烯腈(PAN)膜表面引入聚乙烯亚胺(PEI)和全氟辛基磺酸四乙基铵(PFOS),改性过程没有对膜的表面和断面结构产生明显影响。PEI和PFOS的引入调控了膜表面的接触角、表面能和Zeta电位等,强化了双重抗污染机制,PAN/PEI/PFOS膜在过滤各种污染物(水包油乳液和蛋白质溶液)时均表现出低通量衰减(8.0%-11.5%)和高于98%的通量恢复率。
【图文】：

图 1-1 自然界中的抗污染原型。Figure 1-1 The antifouling archetypes in nature.1.2.1.1 亲水抗污染原型水生生物表皮具有特别的浸润特性，可以有效抑制水中各种污染物吸附到其表皮，其抗污染特性与其表面的微纳复合结构和亲水化学特性有关。鲤鱼鳞片由亲水性羟基磷灰石构成，并且其表面有沿扇形方向排列的微凸结构（长 100-300μm、宽 30-40 μm）[4, 13]。与此相似的还有鲨鱼皮，鲨鱼皮细胞会分泌亲水性粘膜，且表皮有微沟槽结构的齿鳞[5]。亲水抗污染原型中最典型的就是细胞膜，由两亲性脂类、膜蛋白和碳水化合物组成。细胞膜表面是两亲性的磷脂双分子层，磷脂的非极性基团聚集在双分子层内侧，形成疏水区；极性基团聚集在外侧形成亲水区，通过静电作用吸引水分子形成水化屏障，连同具备强大空间位阻效应的外侧糖链抑制着外源性物质的吸附，保持细胞膜表面的“清洁”[14-15]。

的表面能可以强化污染驱除机制，使得吸除[50]。在膜表面构建两种协同优化的抗污问题。种嵌段共聚物作为表面偏析改性剂，成功面和拥有双重抗污染机制的非均相表面酯（PBMA），亲水链段甲基丙烯酸聚乙二烯酸六氟丁酯（PHFBM）的三元嵌段共染 PVDF/PBMA-PEGMA-PHFBM 超滤膜减（10.6%）和近 100% 的通量恢复率[4料的表面偏析过程，针对高分子-无机杂此，如果有一种高分子改性剂可以调控无剂与膜主体之间的相容性，那这两种不同有效的抗污染机制和更高的机械性能。）树脂由疏水的聚四氟乙烯主链和以亲水链组成，结构见图 3-1。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2673280