PTFE平板膜的亲水改性研究

发布时间：2017-04-16 17:27

  本文关键词：PTFE平板膜的亲水改性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：膜分离是一种环保、低耗的物理分离方法,近年来被广泛应用于污水处理、气体除尘等诸多领域。聚四氟乙烯(PTFE)膜材料由于其独特的分子结构而具有耐酸、耐碱、耐高低温等优点,可适应于各种过滤环境。但是,由于PTFE膜材料的表面张力低,膜材料的疏水性极强,这导致PTFE膜材料无法被应用于水性液体的分离过滤,因此对PTFE膜材料进行亲水改性已成为膜分离学科的重要课题。本文在学习现有的对PTFE膜材料亲水改性研究的基础上,根据PTFE平板微滤膜的结构和性质,提出在不破坏PTFE膜材料的前提下,采用物理包覆的方法将亲水剂均匀包缠在PTFE平板膜的原纤上,再通过交联工艺使亲水剂与PTFE原纤之间牢固缠结,以达到在PTFE膜表面引入亲水基团的目的,赋予PTFE平板膜持久稳定的亲水性能。通过SEM、FTIR、压汞仪、孔径分析仪、表面接触角仪等研究膜材料的表面形貌、化学结构、膜孔结构、亲水性能等。使用自制的错流装置测定了改性PTFE平板膜的过滤性能和抗蛋白污染性。主要研究内容如下:(1)将聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于无水乙醇,调节溶液p H并控制醇解时间使PVAc部分醇解而不从乙醇中析出,加入戊二醛(GA)作为交联剂、聚乙烯醇-1000(PEG-1000)作为致孔剂,以此为亲水剂。将制得的亲水剂均匀涂覆于PTFE平板膜表面,烘干;再将膜浸没于纯水中,调节溶液pH使其水解,使粘附在PTFE膜表面上的未被醇解的酯基进一步水解为羟基(-OH)。实验结果表明:PTFE原膜孔径分布均匀,孔隙率高,具有清晰的“膜纤-膜孔”结构;经过亲水剂涂覆改性后,平板膜的孔径变小,孔隙率降低。随着PVAc浓度的增加,膜孔径、孔隙率和表面接触角均减小,纯水通量先增加后减小;GA交联PVAc链段上的-OH能提高亲水剂在PTFE膜纤上的结合牢度。最佳亲水实验条件为:PVAc浓度45 g·L-1,醇解时间30 min,GA浓度6 g·L-1,PEG浓度30 g·L-1,水解时间150 min。改性膜表面含有-OH;平板膜的表面水接触角由135.6°下降为58.7°;改性膜的初始纯水通量为272.1 kg·m-2·h-1,具有较好的亲水持久性;对陶瓷切割废水的浊度去除率为99.55%;亲水膜能有效降低牛血清蛋白对PTFE平板膜的污染。(2)将醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物(PMV)溶于无水乙醇,调节溶液pH使其充分醇解,加入GA作为交联剂、PEG-1000作为致孔剂,以此为亲水剂并均匀涂覆在PTFE平板膜表面。实验结果表明:未改性的PTFE平板膜具有清晰的“膜纤-膜孔”结构,膜孔分布均匀,孔隙率较高;亲水改性后,PTFE平板膜的膜纤变粗,节点增大,膜孔变小,局部出现亲水剂堆积的现象。随着PMV浓度的增加,改性膜的孔径、孔隙率和接触角均减小,纯水通量先增加后减小;GA与醇解PMV得到的-OH交联可以提高亲水剂与PTFE平板膜膜纤结合的牢度。最佳实验条件为:PMV浓度20 g·L-1,醇解时间120 min,GA浓度9 g·L-1,PEG浓度40 g·L-1。改性膜表面含有-OH、-COOH等亲水基团;平板膜的表面水接触角由135.2°下降为61.5°;亲水膜的初始纯水通量为260 kg·m-2·h-1;改性膜具有较好的亲水持久性;对陶瓷切割废水的浊度去除率为98.53%;制得的亲水膜能有效减少牛血清蛋白对PTFE平板膜的污染。
【关键词】：聚四氟乙烯平板膜 醇解 水解 交联 亲水改性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 膜分离技术的发展11
• 1.2 膜材料的定义及膜分离技术的特点11-12
• 1.3 膜材料的分类12
• 1.4 PTFE膜材料12-14
• 1.4.1 PTFE的结构与性质12-13
• 1.4.2 PTFE膜材料的种类13-14
• 1.4.3 PTFE平板微滤膜14
• 1.5 PTFE微孔膜的改性方法14-17
• 1.5.1 填充改性15
• 1.5.2 表面化学改性15-16
• 1.5.3 硅酸活化法16
• 1.5.4 力学处理法16
• 1.5.5 等离子体处理法16
• 1.5.6 激光改性法16-17
• 1.6 本课题的提出及意义17-19
• 1.6.1 课题意义17
• 1.6.2 本文研究方法17-19
• 第2章 PVAc“醇解-水解”法亲水改性PTFE微滤膜19-35
• 2.1 引言19-20
• 2.2 实验部分20-24
• 2.2.1 实验试剂20
• 2.2.2 实验仪器20-21
• 2.2.3“醇解-水解”PVAc制备PTFE亲水膜21
• 2.2.4 SEM21
• 2.2.5 FTIR21-22
• 2.2.6 静态水接触角22
• 2.2.7 膜孔结构的测定22
• 2.2.8 纯水通量和亲水持久性测试22-23
• 2.2.9 抗蛋白吸附性测试23-24
• 2.3 结果与讨论24-34
• 2.3.1 SEM分析24
• 2.3.2 FTIR分析24-26
• 2.3.3 PVAc浓度对改性膜结构和性能的影响26-27
• 2.3.4 PVAc醇解时间对改性膜结构和性能的影响27-28
• 2.3.5 GA浓度对改性膜水通量的影响28-29
• 2.3.6 PEG浓度对改性膜结构和性能的影响29-30
• 2.3.7 NaOH水解时间对改性膜膜接触角和水通量的影响30-31
• 2.3.8 改性膜的亲水持久性31-32
• 2.3.9 改性膜的抗蛋白污染性32-33
• 2.3.10改性膜对陶瓷切割废水的浊度去除率33
• 2.3.11改性膜的连续微滤性能33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 PMV醇解法亲水改性PTFE微滤膜35-49
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-39
• 3.2.1 实验试剂36
• 3.2.2 实验仪器36
• 3.2.3 醇解PMV亲水改性PTFE微滤膜36-37
• 3.2.4 SEM37
• 3.2.5 FTIR37
• 3.2.6 静态水接触角37
• 3.2.7 膜孔结构的测定37
• 3.2.8 纯水通量和亲水持久性测试37-38
• 3.2.9 抗蛋白吸附性测试38-39
• 3.3 结果与讨论39-48
• 3.3.1 SEM分析39
• 3.3.2 FTIR分析39-41
• 3.3.3 PMV 浓度对 PTFE 改性膜的结构和性能的影响41-42
• 3.3.4 PMV醇解时间对PTFE改性膜的结构和性能的影响42-43
• 3.3.5 GA浓度对PTFE改性膜的结构和性能的影响43-44
• 3.3.6 PEG浓度对PTFE改性膜的结构和性能的影响44-46
• 3.3.7 改性膜的亲水持久性46
• 3.3.8 改性膜的抗蛋白污染性46-47
• 3.3.9 改性膜对陶瓷切割废水的浊度去除率47
• 3.3.10 改性膜的连续微滤性能47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 结论与展望49-51
• 4.1 结论49-50
• 4.2 展望50-51
• 参考文献51-57
• 硕士期间发表论文情况57-58
• 致谢58

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本文编号：311331