基于锌型一维链状聚合物的PVDF共混膜的制备与性能研究

发布时间：2020-10-09 14:53

　　聚偏氟乙烯(PVDF)以其优异的机械强度、热稳定性、耐化学性等性能,得到广泛关注。然而,PVDF超滤膜易受到细菌,蛋白质以及其他有机分子的污染,这些分子很容易粘附在疏水膜表面并堵塞膜孔,导致膜性能显著降低,并增加能耗和总成本。因此,亲水性PVDF分离膜的制备对PVDF膜在实际生产中的广泛应用至关重要。为了改善PVDF膜的亲水性和抗污染性能,本文采用相转化法制备了ZnL/PVDF共混膜、ZCN/PVDF共混膜,以及采用原位共混法制备了ZnL-PVDF超分子共混膜,具体研究内容如下:首先,本文通过溶剂热法合成具有高比表面积、高孔隙率、规整孔结构等优点的一维链状聚合物(ZnL),并将此作为填料,通过相转化法制备ZnL/PVDF共混膜,通过一系列测试、分析与表征,研究不同含量ZnL晶体对PVDF膜亲水性和抗污染性能的影响。研究得出:通过EDX测试表明,制备了较均匀的ZnL/PVDF共混膜;共混膜的水接触角、水通量随ZnL的含量先升高再降低,但截留率下降幅度较小;根据以上测试结果可得ZnL晶体的加入明显提高了PVDF膜的亲水性,当ZnL晶体含量为0.5%时,其共混膜各项性能最优。其次,通过溶剂热法合成ZnL@MWCNT(ZCN)晶体,添加不同含量的ZCN晶体与PVDF通过相转化法制备ZCN/PVDF共混膜,通过一系列测试、分析与表征,研究得出:ZCN/PVDF共混膜的水接触角和水通量呈现先增大后减小的趋势,但对BSA的截留率下降幅度比较小;根据以上测试结果可得ZCN晶体的加入明显提高了PVDF膜的亲水性,当ZCN晶体含量为0.5%时,其共混膜各项性能最优。最后,本文提出一种简单有效、分散性良好且性能优异的制备超分子共混膜的方法-原位共混法,通过此方法制备ZnL-PVDF超分子共混膜,通过一系列测试、分析与表征,研究不同含量ZnL晶体的ZnL-PVDF超分子共混膜的亲水性和抗污染性能,并与当ZnL晶体含量为0.5%时传统共混法制备的ZnL/PVDF共混膜的性能进行对比。研究得出:该方法制备出表面均匀无缺陷、性能优异的超分子共混膜;原位共混法在传统共混法制备的MOF/聚合物共混膜的基础上,提高MOF材料的分散性且形成以C-H-F键的铰连结构,共混膜的亲水性、抗污染性能及力学性能显著提高。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

膜分离技术,超滤膜,超滤,溶液净化

１．１．２膜分离技术的分类逡逑由于分离膜的种类和功能非常丰富，所以分类方式也多种多样，一般来说膜逡逑的分类有以下几种，如图１－１。逡逑ｆ逦［膜的材质逦固体膜、}蹦义襄五澹ㄥ翁烊浑苠义希郏辏停浚叔危驽澹蹛i棚莫＇逡逑楙逦Ｌ■合．成膜］ｊｆ＿＿—＿逡逑＾逦有机晶分子膜逡逑，逦■邋■邋邋邋￣￣＂逦■丨—邋邋Ｉ．、逡逑类逦１膜的结构｜逦多孔膜、致密月莫逦逡逑■逦逦逦逡逑超滤胲逦微滤膜逡逑ｖ邋邋邋邋邋Ｉ邋－邋—．．逦＾逦ｉ逦．逦．逡逑广—１￣￣＼逦＼邋－邋／■＊＂逦—逦＼逡逑胲的功能逦纳、滤腊逦反渗透膜逡逑ｉ逦ｊ邋ｉ邋逦／邋ｋ．逦；逦逡逑＼邋逦逦邋＇丨邋邋丨．．丨逦＞逡逑渗祈１逦洁透汽化膜逡逑逦＾逦Ｉ逦Ｊ逡逑＇邋＾气体渗透膜＾逦＾离子交换膜逡逑图１－１膜的分类逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｍｅｍｂｒａｎｅｓ逡逑１．２超滤膜概述逡逑超滤（Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，邋ＵＦ）是以压力差为推动力的膜分离技术。ＵＦ是常温逡逑下以一定的压力，利用不对称孔结构和半透膜介质，以错流方式进行过滤，使水逡逑和溶解盐等电解质透过超滤膜成为滤清液，而大分子颗粒和胶体物质则被超滤膜逡逑拦截成为浓缩液，达到溶液净化、分离、集中的目的的一种新型膜分离技术［７］。逡逑ＵＦ膜的孔径范围为：０．０５｜ｉｍ邋—１邋ｎｍ0逡逑２逡逑

结构图,非对称膜,结构图

１．２．邋１超滤膜及超滤机理逡逑超滤膜按形态结构分为对称膜和非对称膜，而大多数是由两层不同结构的薄逡逑层组成的非对称膜（如图１－２），在膜的表面有一层极薄的致密层，厚度一般为逡逑０．１ｍ，主要是分离作用，内层为相对疏松的支撑层，多为海绵状和指状孔，逡逑主要是支撑作用。超滤膜的孔结构直接影响膜的截留性能，其截留性能是以对标逡逑准有机物的截留分子量（ＭＷＣ０）来表征，其截留分子量范围通常在１０００？３０００００，逡逑故超滤膜能对大分子有机物、胶体等进行分离。逡逑超滤分离机理主要是靠物理筛分作用，但在有些情况下受到粒子荷电性及其逡逑与荷电膜相互作用的影响。其分离过程大致可以分为四种（如图１－３）邋：逦（１）机逡逑械截留，即筛分作用，可截留比膜孔径大或与孔径相当的微粒等杂质；（２）物逡逑理作用即吸附截留作用，膜表面的吸附和电性能对截留起着重要的作用；（３）逡逑架桥作用，形成滤饼；（４）网络型膜的网络内部截留作用，微粒截留在膜的内逡逑部而不是在膜的表而。逡逑■皮层逡逑支撑层逡逑图１－２非对称膜的结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｓｙｍｅｔｒｉｃ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡

结构图,截留机理,超滤膜

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