氧化石墨烯凝固浴对超滤膜微结构和性能的影响研究

发布时间：2020-04-21 07:35

【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)是当今应用非常广泛的膜分离材料之一。然而,PVDF膜也存在许多问题,如本身的疏水性特质使其抗污染能力受到了限制。同时,大多数湿法制备的PVDF膜基本都是指状孔结构,造成其截留率、机械性能和使用寿命等方面都无法完全胜任更严苛的水处理需求。氧化石墨烯(GO)是当今化学界热门的多功能材料,在多种领域都得到了广泛的研究和应用。在本研究中,利用其高亲水性和溶液显高粘度等特点,可以使其在膜改性上发挥巨大的作用。为了改进膜的微结构,本研究采用相转化法、GO溶液作为凝固浴制备了PVDF/GO改性超滤膜,并对其亲水性、纯水通量、蛋白质截留率、孔隙率、孔径、机械强度和抗污染性能进行了表征。以上表征结果显示,GO溶液作为凝固浴,使膜的机能得到了有效的提升。并对各样品中最佳性能的膜进行水质BOD、COD和去色性能的测试,以此来凸显GO凝固浴改性后的海绵状孔PVDF膜在性能上的提高。本研究中,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对膜的微结构进行表征。从膜的截面SEM可以清楚地看见,改性后的膜从原本的指状孔结构转变成了致密的海绵状孔结构。同时,改性后的膜表面变得更加光滑和均匀。采用FTIR分析GO凝固浴中制备的PVDF膜材料表面,发现膜表面亲水性含氧官能团含量增加,亲水性得到改善。采用XRD分析,发现膜晶格并没有发生改变,由此判断在GO凝固浴中,PVDF膜中亲水性物质发生了向膜表面的物理迁移,而非化学反应。采用浊点滴定法测定铸膜液体系的三相图,分析了铸膜液在成膜过程中的热力学影响,进一步解释相转化速率快慢的影响因素。研究结果表明:相转化速率决定了膜微结构形态,在经过瞬时分相后,膜一般为指状孔结构;而经过延时分相后,膜一般为海绵状孔结构。而非溶剂的粘度影响了相转化速率,粘度越大,凝固浴中水自由迁移的速度就越慢,便越难以分相,从而相转化速率越慢,最终膜逐渐从指状孔改性成了海绵状孔。
【图文】：

图 1.1 超滤膜分离原理超滤膜是最先研究出的高聚物分离膜之一[63,64]，在 60 年代超滤膜就实现了滤膜过程的特点如下[65,66]：（1）在没有相变的条件下进行使用，，对温度、pH、离子强度敏感的生物系

常见指状孔膜截面形态
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2635531