PEI交联与界面缩聚改性聚偏氟乙烯膜的研究

发布时间：2019-09-19 11:14

【摘要】：PVDF具有良好的热稳定性、化学耐性及成膜特性,广泛运用于科学研究和工业化过程,然而PVDF膜的应用面临两个主要问题,膜抗污染性能和膜可湿性差,亲水改性是PVDF膜研究的一个重要方面。本文从三个方面进行研究,首先制备网络状结构PVDF膜,提高膜的机械性能;利用PEI-3000处理PVDF膜,引入胺基,为缩聚提供条件;再利用PEGDE与PEI的缩聚反应,形成新的截留层,提高膜的抗污染性能及孔径精度。首先,研究PVDF海绵状孔的成膜机制及膜的后处理条件。通过改变凝胶浴组分研究成膜条件;通过调控次氯酸钠溶液pH、处理温度、处理时间和浓度,研究后处理的最佳条件。测试孔径大小及通量大小,并对膜进行SEM表征。结果表明凝胶浴组分是影响膜结构的重要因素,通过选用氯化钙作凝胶浴、添加PVP可以消除PVDF膜中指状孔,当凝胶浴氯化钙含量为25%时,完全形成互通式网络状结构,膜的平均孔径为0.1108±0.005μm。次氯酸钠后处理可以实现对PVP选择性去除,获得更高的水通量,次氯酸钠处理并不会破坏膜的结构。当处理时间为36h,温度为25℃,次氯酸钠浓度为5000ppm和pH=9条件下,膜可以获得最高的水通量1325.43 L·m-2·h-1。其次,采用PEI对PVDF膜进行处理,研究处理液组分、聚乙烯亚胺分子量和聚乙烯亚胺含量对膜性能的影响。采用拉曼、SEM、EDS、XPS对改性前后的膜进行表征,测试膜的通量和孔径大小。拉曼研究结果表明氢氧化钠处理PVDF膜,发生脱氟化氢反应,可以得到含碳碳双键的PVDF膜。从EDS和XPS测试结果可以得出,采用PEI-3000和氢氧化钠处理同时发生脱氟化氢和迈克尔加成反应,将N引入PVDF膜,为下一章的进行提供条件。SEM电镜及EDS表明改性前后膜表面及断面结构没有明显变化,N在改性后成功引入PVDF膜中;XPS结果表明,经过氢氧化钠单独改性后,PVDF膜部分被氧化,O含量为7.94%;采用氢氧化钠和聚乙烯亚胺改性后,膜的O含量上升到8.19%,而N含量从0%上升到5.45%,表明改性是有效的。最后,将引入胺基的PVDF膜浸入一定比例的聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)正己烷溶液中,胺基与PEGDE在PVDF膜上发生缩聚反应,形成新的截留层,PVDF膜表面引入亲水基团,提高膜的亲水性和抗污染性能。XPS和EDS结果表明改性膜的氧含量上升到13.45%,同时EDS Maping结果出现氧元素,也表明交联反应已发生。膜的过氧化氢酶静态吸附、动态吸附曲线和膜阻计算结果表明,膜的亲水性能和抗污染性能得到显著提高。接触角从77.5°下降到54.5°,10min后接触角仅为16.5°。当PEI含量大于4g以后,膜的水通量损失率小于40%,通量可恢复率大于90%。膜阻计算显示,经过改性膜运行过程中自身阻力比重增大,污染层阻力减小,膜的抗污染性能得到较为显著提高。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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