【摘要】：本文以傳統(tǒng)的疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)為制膜材料,使用濕法紡絲手段制備了有機-無機雜化中空纖維超濾膜,系統(tǒng)研究了共混碳納米管(MWNTs)、羥基磷灰石納米晶須(HAP)對膜性能的提升原理,并進一步探索碳納米管結(jié)構(gòu)參數(shù)以及荷電效應(yīng)對膜性能影響的差異。主要分為以下四個方面:首先,將酸化MWNTs處理得到O-MWNTs,與再生全氟磺酸(PFSA)對PVDF膜進行改性,制備了PVDF/PFSA/O-MWNTs中空纖維超濾膜,研究了O-MWNTs含量對膜結(jié)構(gòu)、親水性、滲透性能、機械性能及結(jié)晶行為等方面的影響;探索了O-MWNTs與PFSA對膜的協(xié)同作用機理。結(jié)果表明改性后PVDF/PFSA/O-MWNTs中空纖維膜斷面為典型的非對稱結(jié)構(gòu),隨著O-MWNTs的含量從0.25wt.%上升到0.75wt.%,膜的純水通量從100.4 L·M-2·H-1·bar-1提升至229.4 L·M-2·H-1·bar-1,當(dāng)O-MWNTs含量增加到1.0wt.%,膜的通量有所下降,而只加入單一添加劑膜的通量僅為80.7 L·M-2·H-1·bar-1(3wt.%PFSA)與32.3L·M-2·H-1·bar-1(0.75wt.%O-MWNTs)。使用O-MWNTs改性后的膜親水性與抗污染性能也得到了大幅度提升。添加O-MWNTs含量為0.75wt.%的膜抗拉強度達(dá)到3.9MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于僅含有單一添加劑的膜。總體來說,改性后的膜處理能力、穩(wěn)定性和使用壽命等均得到了明顯的提升,更加具備實際應(yīng)用價值。其次,在上一章節(jié)研究基礎(chǔ)上,進一步探索了O-MWNTs結(jié)構(gòu)參數(shù)對膜性能的影響。選擇內(nèi)徑分別為10-20nm,20-40nm和40-60nm三種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的O-MWNTs進行研究。結(jié)果表明O-MWNTs結(jié)構(gòu)參數(shù)對膜結(jié)構(gòu)無明顯影響,然而膜的純水通量卻隨著碳納米管內(nèi)徑的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,分別為142.3 L·M-2·H-1·bar-1,181.2 L·M-2·H-1·bar-1與154.3 L·M-2·H-1·bar-1,使用內(nèi)徑20-40nm的O-MWNTs進行膜改性時,由于O-MWNTs內(nèi)徑的提升,增加了無阻力傳質(zhì)通道的空間,膜通量上升;然而隨著O-MWNTs內(nèi)徑進一步上升到40-60nm,在鑄膜液制備時,劇烈的機械攪拌會使得部分PVDF浸入到O-MWNTs孔道內(nèi),從而在成膜過程中減小了傳質(zhì)通道面積,使得膜通量下降。膜的機械性能隨著O-MWNTs內(nèi)徑的增加而呈現(xiàn)下降趨勢。再次,將MWNTs進行胺基功能化制備NH2-MWNTs,應(yīng)用于PVDF荷正電中空纖維超濾膜的改性,研究膜對蛋白質(zhì),染料的等電點分離效果。結(jié)果表明,加入聚氧乙烯醚非離子表面活性劑可以妥善提升NH2-MWNTs在膜中的分散程度。隨著NH2-MWNTs含量的增加,膜斷面指狀孔逐漸變短,并被海綿狀結(jié)構(gòu)取代,NH2-MWNTs含量為0.5wt.%的膜純水通量達(dá)到275.6 L·M-2·H-1·bar-1。在不同p H條件下對BSA,LYM的截留率與穩(wěn)態(tài)通量也根據(jù)膜所帶電性不同呈現(xiàn)規(guī)律變化。NH2-MWNTs改性后的PVDF中空纖維膜機械性能有所提升。最后,研究了羥基磷灰石納米晶須(HAP)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)對PVDF膜的協(xié)同改性作用。結(jié)果表明,隨著HAP含量的增加,膜結(jié)構(gòu)由均勻的指狀孔過渡到海綿狀結(jié)構(gòu),滲透通量也呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,HAP含量為1.0wt%時,膜的純水通量達(dá)到549.1 L·M-2·H-1·bar-1,對BSA與腐殖酸的截留率達(dá)到89.4%與82.9%,符合超濾膜截留要求。膜的親水性也隨著HAP的添加而有所提升。HAP含量為3.0wt.%的膜抗拉強度達(dá)到3.5MPa。HAP與PVP改性后的的膜各項指標(biāo)均高于僅含單一添加劑的膜,闡明HAP與PVP對膜的協(xié)同改性機理,進一步證實改性后的膜,可以勝任實際應(yīng)用中處理能力大、工作強度高的分離任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ342;TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2572093