绿色热致相分离法制备PVDF微孔膜

发布时间：2017-05-06 04:01

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【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的热稳定性、耐化学性和易加工成膜的等特点,已被广泛应用于微滤、超滤、膜生物反应器、膜蒸馏、气体分离、水中污染物的去除、生物燃料收集、锂离子电池隔膜和离子交换膜等方面。可通过浸没沉淀法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)等多种制膜工艺制备不同形状的PVDF膜,包括平板膜、中空纤维膜和管式膜等。但是,目前采用NIPS法和TIPS法工艺制备PVDF膜,均需使用大量有机溶剂,而有机溶剂很难再回收利用,环境污染和原材料浪费十分严重。近年来,一种新型绿色溶剂离子液体引起人们的高度重视。由于离子液体不挥发,不易燃,导电性强,性质稳定,对许多无机盐和有机物都有良好的溶解性。离子液体的独特性质使它有望取代常规的有毒、污染性大的有机溶剂。而且,离子液体可以回收利用,有助于减少环境污染。本论文以PVDF为膜材料,使用离子液体替代有机溶剂作为稀释剂,采用TIPS法制备PVDF膜,并对TIPS法制备PVDF膜成膜机理进行研究,探索制膜过程中膜微孔结构的设计、构建、重组及优化机制。对以离子液体为稀释剂的绿色热致相熔融工艺制备PVDF膜成膜机理进行研究,为高性能高聚物分离膜的制备提供理论基础和技术支持。通过TIPS法制备了由四种离子液体分别作为稀释剂的PVDF中空纤维膜和平板膜,对四种中空纤维膜和平板膜进行了热重、电镜、结晶、力学性能以及水通量测试分析后,得出1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF4)为比较理想的稀释剂。然后,着重介绍以[BMIm]BF4为绿色环保稀释剂通过TIPS熔融工艺制备PVDF中空纤维膜和平板膜。绘制了PVDF/[BMIm]BF4混合物的相图,并研究了影响PVDF膜形态及性能的因素。对聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物在稀释剂[BMIm]BF4中的结晶行为进行了研究,结果发现,膜孔隙率、纯水通量和断裂伸长率随着聚合物浓度的增加而减小,而膜的断裂强度则相应增加,并且平板膜的纯水通量要比中空纤维膜的通量大。通过差示扫描量热(DSC)和红外光谱分析(FTIR)等研究了在不同PVDF浓度下的结晶行为,实验发现,在该体系中,离子液体对其没有影响。离子液体[BMIm]BF4作为稀释剂用于PVDF微孔膜的制备可以改善膜的亲水性。PVDF微孔膜的接触角最小能到70.2°。
【关键词】：聚偏氟乙烯(PVDF) 离子液体 热致相分离(TIPs) 平板膜 中空纤维膜
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 膜材料的选择10-14
• 1.2.1 PVDF的结晶性能11-12
• 1.2.2 PVDF热稳定性12-13
• 1.2.3 PVDF耐化学性13-14
• 1.3 PVDF多孔膜的制备方法14-16
• 1.3.1 相转化法15-16
• 1.3.1.1 浸没沉淀法15
• 1.3.1.2 热致相分离法15-16
• 1.4 离子液体简介16-19
• 1.4.1 离子液体物理化学性质16-17
• 1.4.2 离子液体的种类17-18
• 1.4.2.1 按正离子进行分类17
• 1.4.2.2 按负离子进行分类17-18
• 1.4.3 离子液体的应用18-19
• 1.4.3.1 新型增塑剂18
• 1.4.3.2 增溶剂18
• 1.4.3.3 抗静电剂18-19
• 1.5 本课题主要研究内容19-22
• 第二章 实验部分22-28
• 2.1 原料22
• 2.2 仪器与设备22
• 2.3 膜的制备22-23
• 2.3.1 平板膜的制备22-23
• 2.3.2 中空纤维膜的制备23
• 2.4 测试与表征23-28
• 2.4.1 热失重测试23
• 2.4.2 膜形态结构测试23-24
• 2.4.3 浊点测试24
• 2.4.4 差示扫描量热仪分析24
• 2.4.5 红外光谱分析24
• 2.4.6 X-射线衍射分析24-25
• 2.4.7 孔隙率的测定25
• 2.4.8 接触角的测定25
• 2.4.9 膜纯水通量的测定25
• 2.4.10 膜强度测试25-28
• 第三章 离子液体对中空纤维膜的影响28-50
• 3.1 PVDF/离子液体体系热重分析28-29
• 3.2 聚合物初始浓度对PVDF微孔膜结构的影响29-36
• 3.2.1 [BPy]PF_6对PVDF中空纤维膜膜结构的影响30-31
• 3.2.2 [BPy]BF_4对PVDF中空纤维膜膜结构的影响31-33
• 3.2.3 [BMIm]PF_6对PVDF中空纤维膜膜结构的影响33-34
• 3.2.4 [BMIm]BF_4对PVDF中空纤维膜膜结构的影响34-36
• 3.3 PVDF/离子液体二元体系结晶行为研究36-39
• 3.3.1 PVDF/[BPy]PF_6二元体系结晶行为研究36-37
• 3.3.2 PVDF/[BPy]BF_4二元体系结晶行为研究37
• 3.3.3 PVDF/[BMIm]PF_6二元体系结晶行为研究37-38
• 3.3.4 PVDF/[BMIm]BF4二元体系结晶行为研究38-39
• 3.4 PVDF/离子液体二元体系结晶结构的研究39-44
• 3.4.1 PVDF/[BPy]PF_6二元体系结晶结构研究40-41
• 3.4.2 PVDF/[BPy]BF_4二元体系结晶结构研究41-42
• 3.4.3 PVDF/[BMIm]PF_6二元体系结晶结构研究42-43
• 3.4.4 PVDF/[BMIm]BF_4二元体系结晶结构研究43-44
• 3.5 PVDF/离子液体二元体系水通量的研究44-45
• 3.6 PVDF/离子液体二元体系力学性能的研究45-48
• 3.7 小结48-50
• 第四章 离子液体对平板膜的影响50-60
• 4.1 聚合物初始浓度对PVDF微孔膜结构的影响50-54
• 4.1.1 [BPy]PF_6对PVDF平板膜膜结构的影响50-51
• 4.1.2 [BPy]BF_4对PVDF平板膜膜结构的影响51-52
• 4.1.3 [BMIm]PF_6对PVDF平板膜膜结构的影响52-53
• 4.1.4 [BMIm]BF_4对PVDF平板膜膜结构的影响53-54
• 4.2 PVDF/离子液体二元体系结晶行为研究54
• 4.3 PVDF/离子液体二元体系结晶结构的研究54
• 4.4 PVDF/离子液体二元体系水通量的研究54-55
• 4.5 PVDF/离子液体二元体系力学性能的研究55-57
• 4.6 小结57-60
• 第五章 PVDF/[BMIm]BF_4二元体系微孔膜的研究60-72
• 5.1 PVDF/[BMIm]BF_4二元体系结晶行为研究60-61
• 5.2 PVDF/[BMIm]BF_4二元体系的热力学相图61-62
• 5.3 PVDF初始浓度对微孔膜结构的影响62-64
• 5.3.1 PVDF初始浓度对平板膜孔结构的影响62-63
• 5.3.2 PVDF初始浓度对中空纤维膜孔结构的影响63-64
• 5.4 PVDF初始浓度对平板膜孔隙率的影响64-65
• 5.5 PVDF初始浓度对微孔膜结晶结构的影响65-69
• 5.5.1 FTIR的研究65-68
• 5.5.2 XRD的研究68-69
• 5.6 PVDF初始浓度对微孔膜接触角的影响69-70
• 5.7 小结70-72
• 第六章 结论72-74
• 参考文献74-84
• 发表论文和参加科研情况说明84-86
• 致谢86

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7 罗本U，

本文编号：347662