环糊精和聚轮烷改性抗污染膜的构建及其抗污染行为研究

发布时间：2022-09-30 13:58

　　膜污染是制约膜技术更快发展的瓶颈之一,研制抗污染膜是解决膜污染问题的根本途径,通过抗污染表面设计和膜结构调控,实现通量和抗污染性能同步提升尤为关键。本论文从多重抗污染机制的协同强化为出发点,以膜抗污染性能和渗透通量同步提升为目标,结合表面偏析、点击化学和共混改性等策略,将环糊精（CD）及其衍生物聚轮烷（PR）引入到膜中,构建环糊精和聚轮烷改性抗污染膜,对膜的制备条件、多重结构和抗污染性能关系进行系统研究,并考察膜在油水分离等场合的应用特性。主要研究内容及结论如下:（1）CD改性抗污染膜的制备及其表面偏析研究。将外壁亲水、内腔疏水的CD分子以“自由偏析”和“固定接枝”两种策略引入到乙烯乙烯醇共聚物（EVAL）基膜中,构建了CD表面偏析改性膜、CD本体接枝改性膜,结合EDX、XPS等手段,通过对比实验,探究了其表面偏析行为,考察了膜的抗污染性能和分离性能。结果表明,CD表面偏析改性膜改善了膜表面的亲水性,优化了膜的断面通道结构,相对于纯膜和本体接枝改性膜,具有较高的渗透通量和抗污染性能,这与CD的分子特性及其在膜表面形成的污染抵御机制有关。（2）PR共混改性抗污染膜的制备及其抗污染机理分析... 

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 膜污染概述及抗污染膜研究进展
        1.1.1 膜污染简介
        1.1.2 抗污染膜的研究进展
    1.2 油水分离膜研究进展
        1.2.1 特殊浸润性膜表面的构建原理
        1.2.2 超疏水/超亲油油水分离材料的研究
        1.2.3 超亲水/超疏油油水分离材料的研究
    1.3 点击化学简介
    1.4 环糊精及其衍生物简介
        1.4.1 环糊精
        1.4.2 聚轮烷
        1.4.3 聚轮烷在膜领域的研究进展
    1.5 本课题的目的及意义、提出及主要研究内容
        1.5.1 课题的目的及意义
        1.5.2 课题主要研究内容及研究思路
第二章 环糊精改性抗污染膜的制备及其表面偏析研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验主要仪器及设备
        2.2.3 EVAL膜的制备
        2.2.4 CD表面偏析改性膜的制备
        2.2.5 CD本体接枝改性膜的制备
            2.2.5.1 对甲苯磺酰基环糊精(β-CD-OTs)的合成
            2.2.5.2 叠氮化环糊精(β-CD-N3)的合成
            2.2.5.3 CD本体接枝改性膜的制备
    2.3 膜材料结构与性能表征
        2.3.1 红外光谱测定
        2.3.2 核磁光谱测定
        2.3.3 膜表面形貌表征
        2.3.4 膜表面化学组成测定
        2.3.5 膜表面粗糙度测定
        2.3.6 膜表面浸润性测定
        2.3.7 蛋白质粘附情况测定
        2.3.8 膜渗透通量测试
        2.3.9 抗污染性能评价
        2.3.10 分离性能评价
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 中间产物的结构表征
        2.4.2 CD本体接枝改性膜的分子结构表征
        2.4.3 CD在 EVAL膜中的表面偏析现象
        2.4.4 CD改性膜的微观结构表征
        2.4.5 CD改性膜表面浸润性研究
        2.4.6 CD改性膜表面粗糙度表征
        2.4.7 CD改性膜的渗透通量
        2.4.8 CD表面偏析改性膜的抗污染性能
        2.4.9 CD改性膜表面的蛋白质粘附情况
        2.4.10 CD表面偏析改性膜的稳定性
    2.5 本章小结
第三章 聚轮烷共混改性抗污染膜的制备及其抗污染机理分析
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验主要仪器及设备
        3.2.3 中间原料炔氧基丁酸合成
        3.2.4 封端剂的合成
            3.2.4.1 β-CD-OTs的合成
            3.2.4.2 β-CD-N3的合成
        3.2.5 聚轮烷的制备
            3.2.5.1 炔基化分子链(alk-PEG4000-alk)的合成
            3.2.5.2 聚轮烷(PR)的合成
        3.2.6 聚轮烷共混改性膜的制备
        3.2.7 EVAL膜的制备
    3.3 膜材料结构与性能表征
        3.3.1 红外光谱测定
        3.3.2 核磁共振光谱测定
        3.3.3 聚轮烷与膜的形貌表征
        3.3.4 膜表面化学组成测定
        3.3.5 膜表面粗糙度测定
        3.3.6 膜表面浸润性测定
        3.3.7 膜渗透通量测试
        3.3.8 抗污染性能评价
        3.3.9 分离性能评价
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 聚轮烷的红外光谱测定
        3.4.2 聚轮烷的核磁光谱表征
        3.4.3 聚轮烷的微观结构表征
        3.4.4 聚轮烷共混改性膜微观结构及元素分布表征
        3.4.5 聚轮烷共混改性膜表面粗糙度及浸润性表征
        3.4.6 辛醇/EVAL膜的抗污染性能
        3.4.7 聚轮烷共混改性膜的分离性能
        3.4.8 聚轮烷共混改性膜的抗污染性能
        3.4.9 聚轮烷共混改性膜的抗污染机理分析
    3.5 本章小结
第四章 聚轮烷接枝改性抗污染膜的制备及其油水分离特性
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器设备
        4.2.3 对甲苯磺酰基-叠氮化环糊精(β-CD-N3-OTs)的制备
            4.2.3.1 对甲苯磺酰咪唑的制备
            4.2.3.2 β-CD-N3-OTs的制备
        4.2.4 叠氮化聚轮烷(PR-N3)的制备
            4.2.4.1 对甲苯磺酰基聚轮烷PR-OTs的制备
            4.2.4.2 PR-N3的制备
        4.2.5 炔基化EVAL的制备
        4.2.6 聚轮烷功能刷(SSPB)的制备
        4.2.7 聚轮烷接枝改性膜(EVAL-SSPB膜)的制备
        4.2.8 不同类型油水乳液样品的制备
    4.3 膜材料结构与性能表征
        4.3.1 红外光谱测定
        4.3.2 核磁光谱测定
        4.3.3 膜表面形貌表征
        4.3.4 膜表面化学组成测定
        4.3.5 膜表面粗糙度测定
        4.3.6 膜表面浸润性测定
        4.3.7 光学显微镜分析
        4.3.8 膜渗透通量测试
        4.3.9 抗污染性能评价
        4.3.10 分离性能评价
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 合成产物的红外光谱表征
        4.4.2 叠氮化聚轮烷核磁光谱表征
        4.4.3 聚轮烷接枝改性膜红外光谱表征
        4.4.4 聚轮烷接枝改性膜表面XPS表征
        4.4.5 聚轮烷接枝改性膜表面EDX表征
        4.4.6 聚轮烷接枝改性膜的微观结构表征
        4.4.7 聚轮烷接枝改性膜表面浸润性表征
        4.4.8 聚轮烷接枝改性膜的抗污染性能
        4.4.9 聚轮烷接枝改性膜的油水分离性能
        4.4.10 聚轮烷接枝改性膜的稳定性
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 不足与展望
参考文献
攻读博士期间发表论文和参加科研情况
致谢



本文编号：3683679