仿生硅化涂覆聚偏氟乙烯膜及其油水分离性能的研究
发布时间：2021-08-13 16:21
含油废水已经对环境造成严重污染。聚合物膜可以在缓解用水紧张的压力中发挥重要作用,但是膜的疏水性使得可重复使用性能降低,因此,提高亲水性是解决这一问题的关键。仿生涂覆体系已经在各种材料的表面工程中得到广泛研究和实施,以实现多功能化。多巴胺便是增强表面亲水性的典型手段,尽管简单和有效,仍存在一些固有的局限性,如成本高和限制条件多等。因此,本课题提出了两种硅化仿多巴胺涂覆体系,采用红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱分析（XPS）等测试表征膜表面结构的变化,并通过多种测试系统表征了不同涂覆浓度和时间对膜的润湿性能的影响,进一步探索了表面亲水化改性对于膜油水分离性能的影响。以商业聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜为基材,仿照贻贝化学体系,采用邻苯二酚（CA）和3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对PVDF微滤膜进行涂覆,得到改性膜。结果表明,涂层得到了成功的制备,膜层也较为均匀;相比原PVDF膜,制得的改性膜在润湿性能上有了明显改善。以MF-C/A-0.1/0.6为例,具体表现在初始水接触角由112°降低到35°,并在4 s内降低到0°;水通量升高到16000 L m
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超疏水/超亲油性聚四氟乙烯膜图示[8]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-小的物质。一般来说，只有大小相差很大的分子才能被微孔膜有效分离。用于制作微滤膜的材料如图1-1所示。图1-1用于制作微滤膜的材料1.4油水分离膜概述传统的分离技术大都属于能源密集型，其耗能较大，如萃娶蒸馏等操作，而微滤膜的分离过程能耗较低、价廉环保、高效简单，使其在含油废水处理方面具有广阔前景，可以用于油水乳液的处理，近年来已经逐渐成为研究热点。江雷等人于2004年首次报道了在聚四氟乙烯基体材料上构造纳米结构的粗糙表面，使得膜具有了超疏水性和超亲油性[8]，这使其成为分离油和水的理想工具（如图1-2所示）。图1-2超疏水/超亲油性聚四氟乙烯膜图示[8]当前，油水混合乳液的分离是研究油水分离问题的核心，一般认为其机理是孔道筛分，也就是当乳液滴的尺寸大于膜孔时，就不能通过膜，以起到分离的作用[9]。油水分离膜的类型有多种，如超疏水/超亲油膜，其对油的亲和力较强；还有超亲水/水下超疏油膜，其对水的亲和力较强等。无机高分子膜陶瓷膜金属膜有机高分子膜天然高分子合成膜有机高分子合成膜聚四氟乙烯（PTFE）聚偏氟乙烯（PVDF）聚丙烯（PP）聚酰胺（PA）聚碳酸酯（PC）微滤膜
离或者截留0.05-0.1μm至1.0μm的污染物，如油、细菌或者其它的一些悬浮物以降低水的悬浊度等。比如，Park[12]等人以0.22μm的PVDF微滤膜作为基材，用混凝-絮凝等方法进行预处理之后，对COD和含磷化合物的去除量显著提高，而即便是只通过低浓度的臭氧化处理后，90%的染料也都能被去除，从而证明了这种方法可以对废水重新利用提供理论指导。王振兴[11]等人利用氟钛酸铵在碱性条件下的水解，使得二氧化钛在多巴胺涂层表面形成，从而使PVDF微滤膜获得亲水性，水通量高达7600m-2h-1bar-1，可高效分离油水乳液（如图1-3所示）。图1-3氟钛酸铵碱性条件下水解改性的PVDF微滤膜的性能（a）原膜及改性前后的水通量（b）分离前油水乳液的光学显微镜图（c）分离后油水乳液的光学显微镜图[11]在超滤过程中，PVDF膜也被广泛使用。目前的PVDF超滤膜主要是使用非溶剂致相分离法制备。Khayet[13]等人报道了用乙二醇（4、6、8wt%）、23wt%PVDF溶解在DMAc溶剂中制备的PVDF超滤中空纤维膜，Hester[14]等人用PMMA的主链和PEO的侧链进行自组合制备了两亲聚合物，然后将其与PVDF超滤膜，结果显示膜具有良好的抗牛血清蛋白（BSA可模拟蛋白废水）性能。1.5.2.2膜接触器膜接触器是一种使两相“保持接触”的膜系统[15]。传统的看法是膜在分离过程中只起到媒介的作用，但是，基于它们的选择性，膜在膜接触器中的两相之间也可以作为一种障碍，通过扩散实现物料从一相向另一相的转移。膜生物反应器（MBR）在深度除磷、除氮等应用中具有明显的优势，相比传统的活化污泥处理，这是一种有潜力的处理方法[16]，其分离处理效率更高并且操作简单、条件容易控制。由于膜的类型取决于污染物的尺寸，因此一般而言，MBR过程中用到的膜为超滤膜或者微滤膜。例?
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市废水处理技术研究[J]. 孙晖,申晓霞,周冬云,薛琦. 中国资源综合利用. 2019(12)
[2]Fe3O4@SiO2介孔微球/PVDF超滤膜的制备与性能[J]. 赵健全,廖婵娟,童华,王秋华,杨建. 水处理技术. 2018(07)
[3]含油废水吸附处理技术研究进展[J]. 付永川,杨海蓉,张君,封丽. 应用化工. 2017(10)
硕士论文
[1]基于单宁酸改性的超亲水/水下超疏油膜材料的制备及其油水分离性能的研究[D]. 姬胜强.南昌大学 2019
[2]单通道Janus膜的制备及其性能研究[D]. 闫琳琳.哈尔滨工业大学 2019
[3]仿生材料多巴胺对聚偏氟乙烯超滤膜改性的研究[D]. 常晓晶.哈尔滨工业大学 2014
[4]TiO2/GO纳米材料的制备及其超滤膜的性能研究[D]. 刘洋.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3340754
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超疏水/超亲油性聚四氟乙烯膜图示[8]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-小的物质。一般来说，只有大小相差很大的分子才能被微孔膜有效分离。用于制作微滤膜的材料如图1-1所示。图1-1用于制作微滤膜的材料1.4油水分离膜概述传统的分离技术大都属于能源密集型，其耗能较大，如萃娶蒸馏等操作，而微滤膜的分离过程能耗较低、价廉环保、高效简单，使其在含油废水处理方面具有广阔前景，可以用于油水乳液的处理，近年来已经逐渐成为研究热点。江雷等人于2004年首次报道了在聚四氟乙烯基体材料上构造纳米结构的粗糙表面，使得膜具有了超疏水性和超亲油性[8]，这使其成为分离油和水的理想工具（如图1-2所示）。图1-2超疏水/超亲油性聚四氟乙烯膜图示[8]当前，油水混合乳液的分离是研究油水分离问题的核心，一般认为其机理是孔道筛分，也就是当乳液滴的尺寸大于膜孔时，就不能通过膜，以起到分离的作用[9]。油水分离膜的类型有多种，如超疏水/超亲油膜，其对油的亲和力较强；还有超亲水/水下超疏油膜，其对水的亲和力较强等。无机高分子膜陶瓷膜金属膜有机高分子膜天然高分子合成膜有机高分子合成膜聚四氟乙烯（PTFE）聚偏氟乙烯（PVDF）聚丙烯（PP）聚酰胺（PA）聚碳酸酯（PC）微滤膜
离或者截留0.05-0.1μm至1.0μm的污染物，如油、细菌或者其它的一些悬浮物以降低水的悬浊度等。比如，Park[12]等人以0.22μm的PVDF微滤膜作为基材，用混凝-絮凝等方法进行预处理之后，对COD和含磷化合物的去除量显著提高，而即便是只通过低浓度的臭氧化处理后，90%的染料也都能被去除，从而证明了这种方法可以对废水重新利用提供理论指导。王振兴[11]等人利用氟钛酸铵在碱性条件下的水解，使得二氧化钛在多巴胺涂层表面形成，从而使PVDF微滤膜获得亲水性，水通量高达7600m-2h-1bar-1，可高效分离油水乳液（如图1-3所示）。图1-3氟钛酸铵碱性条件下水解改性的PVDF微滤膜的性能（a）原膜及改性前后的水通量（b）分离前油水乳液的光学显微镜图（c）分离后油水乳液的光学显微镜图[11]在超滤过程中，PVDF膜也被广泛使用。目前的PVDF超滤膜主要是使用非溶剂致相分离法制备。Khayet[13]等人报道了用乙二醇（4、6、8wt%）、23wt%PVDF溶解在DMAc溶剂中制备的PVDF超滤中空纤维膜，Hester[14]等人用PMMA的主链和PEO的侧链进行自组合制备了两亲聚合物，然后将其与PVDF超滤膜，结果显示膜具有良好的抗牛血清蛋白（BSA可模拟蛋白废水）性能。1.5.2.2膜接触器膜接触器是一种使两相“保持接触”的膜系统[15]。传统的看法是膜在分离过程中只起到媒介的作用，但是，基于它们的选择性，膜在膜接触器中的两相之间也可以作为一种障碍，通过扩散实现物料从一相向另一相的转移。膜生物反应器（MBR）在深度除磷、除氮等应用中具有明显的优势，相比传统的活化污泥处理，这是一种有潜力的处理方法[16]，其分离处理效率更高并且操作简单、条件容易控制。由于膜的类型取决于污染物的尺寸，因此一般而言，MBR过程中用到的膜为超滤膜或者微滤膜。例?
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市废水处理技术研究[J]. 孙晖,申晓霞,周冬云,薛琦. 中国资源综合利用. 2019(12)
[2]Fe3O4@SiO2介孔微球/PVDF超滤膜的制备与性能[J]. 赵健全,廖婵娟,童华,王秋华,杨建. 水处理技术. 2018(07)
[3]含油废水吸附处理技术研究进展[J]. 付永川,杨海蓉,张君,封丽. 应用化工. 2017(10)
硕士论文
[1]基于单宁酸改性的超亲水/水下超疏油膜材料的制备及其油水分离性能的研究[D]. 姬胜强.南昌大学 2019
[2]单通道Janus膜的制备及其性能研究[D]. 闫琳琳.哈尔滨工业大学 2019
[3]仿生材料多巴胺对聚偏氟乙烯超滤膜改性的研究[D]. 常晓晶.哈尔滨工业大学 2014
[4]TiO2/GO纳米材料的制备及其超滤膜的性能研究[D]. 刘洋.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3340754
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