PVDF膜的表面智能修饰及其在油水分离中的应用

发布时间：2020-08-03 12:45

【摘要】：近年来,生活污水及工业废水的大量排放、海上漏油事故的频频发生,对我们的污水处理能力提出了巨大的挑战。含油废水对环境造成了巨大的危害,如石油漂浮在海面上时,会迅速扩散形成一层不透气的油膜会阻碍水体的复氧作用,影响海洋浮游生物生长,破坏海洋生态平衡。含油污水处理起来也极为困难、效率低、成本高。膜分离具有能耗低、单级分离效率高、过程灵活简单、环境污染低、通用性强等优点,然而膜的分离效率也会受到膜的抗污染性、热稳定性、化学稳定性等内在因素及膜组件形式、操作条件等外在因素的限制。本文选用聚偏氟乙烯(PVDF)作为膜的基底材料,在其表面进行智能修饰,以达到理想的油水分离膜所具备的条件,并将其应用于油水体系的分离中,考察其抗污染、油水分离等性能。PVDF膜作为一种有机聚合物膜,具有良好的机械性能、耐化学腐蚀性、耐氧化性等,然而因其表面具有C-F、C-H键等非亲水性官能团以及一些较为复杂的氢键作用,导致膜呈现疏水、易被污染等性质。所以本文首先运用自由基引发的方法将两性离子[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)接枝在了由非溶剂致相(NIPS)法制得的PVDF膜表面,接着将多巴胺,二氧化钛P25纳米颗粒共沉积在完成表面接枝改性的两性膜中,完成涂覆改性,随后将膜用于油水分离实验。实验结果表明,在膜表面接枝有大量的含有亲水性官能团的两性离子之后,膜的亲水性有所改善,并且水的渗透通量达到了7254.1L±130 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1),是纯PVDF膜的近7倍。在完成涂覆改性后,水滴在膜表面仅需3s即可达到完全润湿的状态(接触角为0°),即构建了一种超亲水、水下超疏油的PVDF膜表面。由于聚多巴胺和二氧化钛纳米颗粒的协同作用,提高了膜对于油水乳化液的截留率,并且通量恢复率达到了93.1%,并且在10次循环之后,通量恢复率(FRR)仍有85%,体现了膜优良的抗污染、油水分离性能以及膜的稳定性良好。在前面工作基础上,将多巴胺涂覆在PVDF膜表面,接着引入聚乙烯亚胺作为中间体,随后发生酰胺化反应将马来酸酐接枝于PVDF膜表面,制备了一种具有pH响应功能的PVDF膜并将其应用于油水分离实验中。实验结果表明,在涂覆改性后,膜展示了优异的甲苯乳化液的截留率,为96.6%。在完成最终的改性后,由于膜表面接枝有大量的亲水性官能团,水滴在膜表面的初始接触角下降到了42.3°,并且在第6s时完成完全润湿,体现了膜的超亲水性质。随后将膜进行污染,并通过调节pH值对膜进行清洗工作,膜的通量恢复率达到了92.4%。这是由于一方面接枝在膜表面的改性物链末端的羧基基团随pH值变化产生溶胀效果,破坏了附着在膜表面的污染物结构,达到了易清洁的效果;另一方面,随pH值恢复中性,溶胀后的羧基基团收缩,恢复到溶胀前的状态,不影响膜的再次使用。随后的实验将纯PVDF膜与改性后的膜进行对比,验证了膜的pH响应效果。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】