聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜改性制备及抗污染特性研究

发布时间：2017-07-26 22:01

  本文关键词：聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜改性制备及抗污染特性研究

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【摘要】：本文以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜为研究对象,探讨了不同添加剂三甘醇(TEG)、二氧化钛(Ti O2)、二氧化硅(Si O2)对膜结构和抗污染性能的影响,同时研究了制膜条件(如凝固浴温度、芯液温度、空气干程)对中空纤维膜结构和综合性能的影响。最后采用三种不同污染物(BSA、SA、HA)对改性膜进行抗污染性能测试。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)以及机械强度、渗透性实验对膜结构和综合性能进行表征,得出以下主要结论:(1)三甘醇(TEG)具有良好的致孔性能,有助于膜内指状大孔的形成。TEG含量增加,膜丝断裂强度增大,亲水性得到改善,渗透通量和韧性大幅度增加,截留率有所下降。TEG含量在3%-5%时膜丝的综合性能较为优异。(2)二氧化钛(Ti O2)使得膜内部指状大孔发展受到抑制,随着Ti O2含量的增多膜丝强度大幅度增加,亲水角减小。Ti O2有助于皮层的形成,当Ti O2含量达到3%时,皮层明显,使得膜丝的截留效率由68%-99%。(3)二氧化硅(Si O2)具有增稠性,使得铸膜液粘度增加,分相时间延长,指状孔减小。Si O2粒子在共混膜中以交联剂的形式与PVDF分子链相互交织连接,增加了聚合物链之间键与键相互连接的数量,使得膜丝的机械强度增加。Si O2表面存在一定量的醇羟基,能够改善膜丝的亲水性,提高抗污染性能。Si O2含量高于1%时铸膜液内容易出现团聚现象,增大了超滤膜局部破孔机率。(4)凝固浴温度和芯液温度提高均能使膜丝的机械强度有所增加,同时温度提高使铸膜液体系内分相时间加快,有利于指状大孔形成,膜丝通量会有一定的增加,但会严重影响膜丝的截留效率,所以在制膜时建议凝固浴和芯液温度采用常温。干程对铸膜液分相有着重要的影响,在干程较低时膜丝成型困难,当干程大于10cm时成膜规则,干程增加使得膜丝外侧容易形成致密皮层,有利于提高其对污染物的截留率。(5)比较PVDF/TEG、PVDF/TEG/Ti O2、PVDF/TEG/Si O2三种共混膜对牛血清蛋白(BSA),海藻酸钠(SA)、腐殖酸(HA)三种污染物的比通量衰减,粘附力大小和通量恢复率情况发现,PVDF/TEG/Ti O2膜比通量衰减较为缓慢、粘附力较小、通量恢复率高,PVDF/TEG/Si O2次之、PVDF/TEG效果最差。纳米颗粒Ti O2和Si O2使得超滤膜的抗污染性能得到了一定改善。(6)BSA、SA、HA对膜的粘附力大小顺序为SABSAHA,比通量衰减情况为SABSAHA,表现出一定的正相关性,对膜不可逆污染程度顺序为BSASAHA,说明不可逆污染程度不仅与膜-污染物的粘附力有关,而且与污染物的形态、尺寸等具体理化性质有关。
【关键词】：中空纤维超滤膜 添加剂 制膜条件 膜污染
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ342;X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 膜技术简介10-11
• 1.2.1 膜定义10-11
• 1.2.2 膜分离的特点11
• 1.3 超滤膜技术11-12
• 1.3.1 超滤膜定义和主要用途11
• 1.3.2 超滤膜的结构以及分离原理11-12
• 1.4 PVDF中空纤维膜的制备方法12-13
• 1.4.1 非溶剂相转化法（NIPS）12
• 1.4.2 热诱导相分离法（TIPS）12-13
• 1.4.3 熔融-冷却拉伸法（MSCS）13
• 1.5 PVDF中空纤维超滤膜的亲水性改性研究进展13-16
• 1.5.1 PVDF膜材料改性14-15
• 1.5.2 PVDF膜表面改性15-16
• 1.6 共混改性膜在膜污染中的应用和研究16-17
• 1.6.1 膜本身特性的影响16-17
• 1.6.2 污染物性质的影响17
• 1.7 本课题的研究意义与主要内容17-19
• 1.7.1 本课题研究意义17-18
• 1.7.2 本课题主要内容18-19
• 2 实验部分19-26
• 2.1 实验材料与设备19
• 2.2 PVDF中空纤维超滤膜制备19-20
• 2.3 PVDF中空超滤膜丝性能表征20-22
• 2.3.1 纯水通量的测定20-21
• 2.3.2 截留率的测定21
• 2.3.3 膜丝机械强度测定21
• 2.3.4 膜丝孔隙率测定21-22
• 2.3.5 膜形态结构表征22
• 2.4 不同改性添加剂对中空纤维超滤膜抗污染性能的影响22-23
• 2.4.1 污染膜的清洗23
• 2.5 AFM在膜污染表征中的应用23-26
• 2.5.1 AFM探针的制备23-25
• 2.5.2 粘附力的表征25-26
• 3 凝固浴相转化法改性超滤膜的制备26-47
• 3.1 TEG对膜性能的影响26-29
• 3.1.1 TEG对膜通量截留的影响27
• 3.1.2 TEG对膜孔隙率、接触角、以及机械强度的影响27-28
• 3.1.3 TEG对膜结构的影响28-29
• 3.2 纳米颗粒二氧化钛对膜性能的影响29-33
• 3.2.1 二氧化钛对膜丝纯水通量、截留效率的影响30
• 3.2.2 二氧化钛对膜丝机械强度接触角以及孔隙率的影响30-31
• 3.2.3 二氧化钛对膜结构的影响31-33
• 3.3 二氧化硅对膜性能的影响33-36
• 3.3.1 二氧化硅对膜丝纯水通量、截留效率的影响33-34
• 3.3.2 二氧化硅对膜丝接触角、孔隙率以及机械强度的影响34
• 3.3.3 二氧化硅对膜结构的影响34-36
• 3.4 纺丝条件对PVDF膜性能的影响36-44
• 3.4.1 凝固浴温度对膜性能的影响36-39
• 3.4.2 芯液温度对膜性能的影响39-42
• 3.4.3 干程对膜性能的影响42-44
• 3.5 本章小结44-47
• 4 PVDF改性共混膜的抗污染性能研究47-57
• 4.1 不同添加剂对PVDF成膜晶型改变情况47-48
• 4.2 不同改性膜对BSA抗污染情况分析48-51
• 4.2.1 不同改性膜对BSA的比通量衰减分析48-49
• 4.2.2 不同改性膜对BSA的粘附力分析49-50
• 4.2.3 不同改性膜对BSA的通量恢复率分析50-51
• 4.3.不同改性膜对SA的抗污染情况51-53
• 4.3.1 通量衰减率分析51-52
• 4.3.2 不同改性膜对SA的粘附力分析52
• 4.3.3 不同改性膜对SA的通量恢复率分析52-53
• 4.4 不同膜对腐殖酸（HA）的抗污染分析53-55
• 4.4.1 不同改性膜对HA比通量衰减分析53-54
• 4.4.2 不同改性膜对HA的粘附力分析54-55
• 4.4.3 改性膜对HA通量恢复率分析55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 结论与展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-67
• 附录：攻读硕士期间的研究成果67

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本文编号：578521