亲水性PVDF复合膜的制备与性能研究

发布时间：2020-08-21 13:05

【摘要】：随着化学工艺和科技的不断发展,许多工艺过程不可避免地产生大量废水。水污染和饮用水资源紧缺已经称为最严重的社会问题,所以水处理领域需要高分离性能、高渗透性和防污性能的分离膜。本论文根据实际需要,将PVDF膜进行亲水改性,结合PVDF的自身优点,通过原位聚合引入亲水性离子液体,以提高PVDF膜的亲水性。主要研究内容如下:1.采用离子液体溴化1-丁基-3-乙烯基咪唑(ILs)为亲水性添加剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)为相容剂,将聚偏氟乙烯(PVDF)粉末溶于溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中,完全溶解后加入一定量的ILs和MMA单体进行原位聚合,应用相转换法制备PVDF复合膜。红外光谱测试结果表明ILs与MMA原位复合到PVDF基体中,ILs促进了PVDF中β结晶相生成。扫描电子显微镜分析证明PVDF与MMA-co-ILs之间热力学相容,没有发生相分离。接触角测试结果发现,ILs的引入显著提高了PVDF复合膜的亲水性。改性后的PVDF复合膜具有高的纯水通量和牛血清白蛋白(BSA)截留率,在水处理分离膜领域具有好的应用前景。2.本研究中,采用ILs含量为20wt%的MMA-co-ILs共聚物亲水改性PVDF膜,通过改变溶剂N,N-二甲基乙酰氨(DMAc)的含量研究对复合膜综合性能的影响。复合膜中DMAc含量不同使复合膜的皮质、孔径和表面均发生变化,从扫描电镜以及孔隙率的计算中,得知DMAc含量越高,膜孔径越大,纯水通量也就越高。通过复合膜抗污染性得知,复合膜对荷负电的污染物有极强的吸附作用,所以复合膜为亲水性的荷正电膜。3.在铸膜液中引入不同组分的PVP为造孔添加剂,研究了PVP含量对复合膜综合性能的影响。发现随着PVP含量的增加,复合膜孔径孔隙率越大,通量越高。染料分离实验中,进一步发现孔径越大对荷负电的污染物截留率越差。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893
【图文】：

示意图,多孔膜,非对称,示意图

图 1-1 按孔径或者分离物质尺寸分类的膜有致密的皮层和多孔的支撑层两部分。致密的皮层度及支撑层的孔大小决定了该膜的透过速率。非对维膜两大类，示意图见图 1-2。

孔径分布,非对称膜,分离物,皮层

第 1 章绪论前，膜制品种类繁多，用途十分广泛，膜的分类方式有很多种，料、膜结构或者膜的形态等分类方式[6]。1）按照膜的材料分类，可以将膜分成天然膜与合成膜两大类[7]。界存在的生物膜如动物膀胱、肠衣、再生纤维素等等。合成膜主、有机膜和有机无机杂化膜[8]，无机膜耐热性能好且化学稳定性好本高；有机膜易于制备成本低廉，但是耐热性和力学性能较差。2）按照膜结构分类，可划分为对称膜和非对称膜[9,10]。对称膜分密膜，多孔膜的膜内外结构一致，孔径分布均匀。根据孔的大小、微滤[11,12]、超滤[13]、纳滤[14]和反渗透膜[15]等（图 1-1）。

示意图,多孔膜,污染物,示意图

第 1 章绪论.1.2 常见膜分离特点根据制膜原料的自身特点，膜内传质推动力、膜分离原理[19,20]和膜污染[21-23]等问题都具有不同的特点。膜内传质推动力主要分为被动传递、促进和主动传递三大类。其中，被动传递依靠膜两侧压力差、浓度差、温度差电化学势差为推动力，该过程消耗能量少，符合绿色经济的原则。膜分离原理分为筛分理论[24]、溶解扩散理论、孔隙开闭理论[25-27]和荷电[28-30]等。采用相转换、拉伸致孔法或溶出法制备的微滤、超滤膜等多孔膜大量空隙，通常采用筛分理论进行分离。见图 1-3。

【参考文献】