芳香类聚合物防污膜的表面改性及性能研究

发布时间：2017-08-01 11:30

  本文关键词：芳香类聚合物防污膜的表面改性及性能研究

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【摘要】：传统本体改性在引入活性自由基氯甲基基团(-CH_2Cl)的过程中,大量使用催化剂四氯化锡(SnCl4)或氯化锌(ZnCl2)会对环境造成污染,而有机相溶剂如氯甲醚(ClCH_2OCH_3)和氯仿(CHCl3)的使用也会对人体健康造成危害。因此,本文针对此问题,主要采用低毒的相转移催化剂(磺酸内铵盐)对聚芳醚酮(PEK-C)超滤膜和聚砜(PSF)超滤膜表面进行氯甲基化反应;再通过表面原子转移自由基聚合反应(SI-ATRP)接枝磺酸基甜菜碱(SBMA)单体,从而达到亲水防污的目的。研究采用多聚甲醛、磺酸内铵盐、浓盐酸对PEK-C和PSF膜进行氯甲基化反应,在膜表面引入-CH_2Cl基团,以-CH_2Cl为引发剂通过SI-ATRP反应将SBMA接枝聚合到PEK-C膜和PSF膜表面;再通过扫描电镜(SEM)分别观察了PEK-C-g-PSBMA超滤膜和PSF-g-PSBMA超滤膜的表面和断面的形貌;X射线光电子能谱分析(XPS)对PSF,PSF-Cl,PSF-g-PSBMA,PEK-C,PEK-C-Cl,PEK-C-g-PSBMA进行表面元素的分析;傅里叶红外光谱分析(FT-IR)分析进一步证明SBMA接入到超滤膜的表面。研究发现氯甲基化反应温度70℃、反应时间6 h、多聚甲醛2.0 g、催化剂0.15 g、浓盐酸30 mL时、PEK-C改性膜接触角最小,与原始膜相比减小了40°;氯甲基化反应温度70℃、反应时间3 h、多聚甲醛1.5 g、催化剂0.05 g、浓盐酸40 mL、ATRP反应温度70℃、反应时间6 h、SBMA浓度为1.5 mol/L时PSF改性膜接触角最小,与原始膜相比降低了50°。表面改性使膜的亲水性大幅度提高,证明改性膜具有亲水性。本研究又进一步对氯甲基化反应时间和ATRP反应时间对膜性能(纯水通量、蛋白截留率、通量恢复率)的影响进行探究,确定PEK-C氯甲基化6 h、ATRP反应6 h,PSF氯甲基化1 h、ATRP反应6 h。根据最优条件对膜进行改性后,两种膜的恢复率均超过90%。对PEK-C超滤膜和PSF超滤膜的特性进行研究发现,利用牛血清蛋白(BSA)对两种膜进行蛋白吸附实验,结果发现两种改性膜的蛋白吸附值明显下降,且随着接枝时间的延长,蛋白的吸附量逐渐越少。本研究利用大肠杆菌对两种膜进行抗菌性实验研究,结果表明,两种膜具有抗菌性,未改性的PEK-C超滤膜和PSF超滤膜表面有大量大肠杆菌粘附,两种膜随着ATRP反应时间的延长,改性膜表面大肠杆菌数目减少,当ATRP反应9 h时,大肠杆菌几乎不再粘附于膜表面。本文利用表面氯甲基化和SI-ATRP反应制得了改性PEK-C膜和改性PSF膜,同时证明了改性后的膜具有亲水防污的性能,从而为PEK-C膜和PSF膜在海水淡化、污水处理、食品应用等行业的推广提供了理论依据。
【关键词】：聚芳醚酮 聚砜 表面改性 两性离子 抗污染
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 膜技术简介11
• 1.2 膜的分类11-12
• 1.3 膜污染简介12-14
• 1.4 膜的改性14-23
• 1.4.1 膜改性材料14-17
• 1.4.2 膜改性方法17-23
• 1.5 课题研究和意义23-24
• 第2章 材料与研究方法24-35
• 2.1 实验材料与试剂24-25
• 2.2 实验仪器25
• 2.3 实验内容25-30
• 2.3.1 SBMA的制备25-26
• 2.3.2 超滤膜的制备26-27
• 2.3.3 PEK-C超滤膜和PSF超滤膜的氯甲基化27-28
• 2.3.4 ATRP反应28-30
• 2.4 膜性能的表征30-33
• 2.4.1 全反射傅里叶红外光谱（ATR-FTIR）分析30
• 2.4.2 X射线光电子能谱（XPS）分析30
• 2.4.3 场发射扫描电子显微镜（SEM）的形貌分析30-31
• 2.4.4 膜性能测试31-33
• 2.5 静态蛋白吸附33
• 2.5.1 PEK-C膜的蛋白吸附实验33
• 2.5.2 PSF的蛋白吸附试验33
• 2.6 抗菌实验33-35
• 2.6.1 菌种活化33-34
• 2.6.2 固定液的配置34
• 2.6.3 PEK-C抗菌实验34
• 2.6.4 PSF抗菌实验34-35
• 第3章 聚芳醚酮的表征及性能测试35-54
• 3.1 引言35
• 3.2 SBMA的表征35-36
• 3.3 PEK-C-g-PSBMA膜的形貌表征36-38
• 3.4 PEK-C-g-PSBMA膜的XPS分析38-39
• 3.5 PEK-C-g-PSBMA膜的ATR-FTIR分析39
• 3.6 静态接触角的分析39-46
• 3.6.1 氯甲基化温度对接触角的影响39-40
• 3.6.2 氯甲基化反应时间对接触角的影响40-41
• 3.6.3 氯甲基化反应中各物质的量对接触角的影响41-43
• 3.6.4 ATRP反应温度对接触角的影响43-44
• 3.6.5 ATRP反应时间对接触角的影响44-45
• 3.6.6 SBMA浓度对接触角的影响45-46
• 3.7 膜性能的测试46-51
• 3.7.1 氯甲基化时间对PEK-C膜性能的影响46-48
• 3.7.2 ATRP反应时间对超滤膜性能的影响48-51
• 3.8 蛋白吸附实验51
• 3.9 抗菌实验51-52
• 3.10 本章小结52-54
• 第4章 聚砜的改性及其性能测试54-72
• 4.1 引言54
• 4.2 PSF-g-PSBMA膜的形貌表征54-56
• 4.3 PSF-g-PSBMA膜的XPS分析56-57
• 4.4 PSF-g-PSBMA膜的ATR-FTIR分析57-58
• 4.5 静态接触角的分析58-64
• 4.5.1 氯甲基化温度对接触角的影响58-59
• 4.5.2 氯甲基化反应时间对接触角的影响59-60
• 4.5.3 氯甲基化反应中各物质的量对接触角的影响60-61
• 4.5.4 ATRP反应温度对接触角的影响61-62
• 4.5.5 ATRP反应时间对接触角的影响62-63
• 4.5.6 SBMA浓度对接触角的影响63-64
• 4.6 膜性能的测试64-69
• 4.6.1 氯甲基化反应时间对膜性能的影响64-67
• 4.6.2 ATRP反应对超滤膜性能的影响67-69
• 4.7 蛋白吸附实验69-70
• 4.8 抗菌实验70
• 4.9 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-83
• 致谢83

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本文编号：604044