本文關(guān)鍵詞： 聚偏氟乙烯 親水性 原位聚合交聯(lián) 表面改性 吸附　出處：《東華大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride),PVDF)是一種被廣泛使用的半結(jié)晶性聚合物,擁有優(yōu)異的抗腐蝕性、耐熱性、耐老化性、耐輻射性和化學(xué)穩(wěn)定性,并且擁有比較好的力學(xué)性能和良好的成膜性,因此被廣泛的應(yīng)用在水處理膜材料領(lǐng)域。但是PVDF膜由于表面能低導(dǎo)致?lián)碛袠O強(qiáng)的疏水性,這使得PVDF膜在水處理過程中需要更大的驅(qū)動(dòng)力并且更容易被污染,降低了膜的使用壽命,增加了運(yùn)營(yíng)成本。因此亟需采用有效的改性方法,改善膜的親水性能并賦予分離膜的特殊功能性。本文主要探討了PVDF膜的制膜工藝,采用原位聚合交聯(lián)和表面改性兩種方法對(duì)PVDF膜進(jìn)行改性,探討了改性工藝對(duì)膜性能的影響,并研究了改性膜對(duì)水中常見重金屬銅離子的吸附性能。本文首先以聚偏氟乙烯為原料,N,N-二甲基乙酰胺為溶劑,聚乙烯吡咯烷酮為成孔劑,利用溶液相轉(zhuǎn)化法制備聚偏氟乙烯微孔膜,通過改變鑄膜液濃度,成孔劑添加量,凝固浴溫度等工藝條件對(duì)膜的表面和斷面形貌以及水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率等性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:鑄膜液濃度從11%提高到20%,PVDF膜的孔隙率呈下降趨勢(shì),膜表面的孔減少,BSA截留率呈緩慢提高狀態(tài)。成孔劑聚乙烯吡咯烷酮的添加量從0.5%提高到5%,膜的孔隙率,水通量不斷提高,但當(dāng)添加量達(dá)到1%,其提高孔隙率和水通量的作用減緩,聚乙烯吡咯烷酮作為水溶性高分子,促進(jìn)了成膜過程中的分相速率,使得分相過程向液-液分相轉(zhuǎn)變。凝固浴溫度從15℃提高到55℃,隨著溫度的升高,使得成膜過程中的雙擴(kuò)散速率變快,從而促進(jìn)分相過程由液-固分相向液-液分相轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致PVDF膜的孔隙率增加,水通量增加,BSA截留率下降。當(dāng)鑄膜液濃度為15%,成孔劑聚乙烯吡咯烷酮含量為1%,凝固浴溫度為25℃時(shí),PVDF膜各項(xiàng)性能較為均衡,水通量為172 L/(h·m~2),孔隙率是77.2%,BSA截留率是13.5%。其次采用原位聚合交聯(lián)法將丙烯酸(AA)和乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)共聚物引入到PVDF膜中,PVDF/AA的質(zhì)量比分別為10/0,10/2,10/3和10/4。研究了改性膜的親水性能,水通量,BSA截留率,力學(xué)性能以及對(duì)Cu~(2+)的吸附性能。研究結(jié)果表明:隨著AA和VTES被引入PVDF膜中,膜表面的小孔減少。斷面的指狀孔變少,孔的形狀以海綿狀孔為主。當(dāng)PVDF/AA質(zhì)量比為10/2時(shí),截面的指狀孔含量很少,導(dǎo)致水通量大幅減少,BSA截留率提高。當(dāng)PVDF/AA質(zhì)量比達(dá)到10/4時(shí),膜的初始接觸角度從改性前的82.6°下降到改性后的45.4°,膜的親水性能得到改善。當(dāng)采用乙醇萃取48h后,改性膜的初始接觸角度為50°,接觸角的度數(shù)變化不大。說明原位聚合交聯(lián)后AA在PVDF膜中有良好的穩(wěn)定性。PVDF/AA質(zhì)量比為10:2時(shí),改性膜的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有較大的提高。隨著AA含量的繼續(xù)增加,斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都呈下降趨勢(shì),但仍然比未改性的PVDF膜的力學(xué)性能要好。對(duì)銅離子吸附性能研究表明,隨著丙烯酸含量增高,改性膜對(duì)銅離子的吸附能力越強(qiáng)。改性膜對(duì)銅離子的吸附量隨著溶液p H的增高,呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),當(dāng)p H為6,聚偏氟乙烯和丙烯酸質(zhì)量比為10/4時(shí),改性膜對(duì)銅離子的吸附量達(dá)到13.3μg/cm~2。對(duì)改性膜進(jìn)行重復(fù)吸附再生研究,經(jīng)過四個(gè)循環(huán)后,改性膜的吸附效率仍然在94%以上,說明改性膜有良好的重復(fù)再生性能。最后采用多巴胺(DA)對(duì)PVDF膜表面修飾制得聚多巴胺改性聚偏氟乙烯(PDA-PVDF)膜,再在膜表面接枝聚乙烯亞胺(PEI),制得PEI/PDA-PVDF膜。研究了改性前后,膜表面形貌變化,親水性能以及對(duì)Cu~(2+)吸附性能的影響。具體研究結(jié)果如下:PDA-PVDF膜表面的粗糙度比PVDF膜有所增大,隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng),膜表面會(huì)有一定的顆粒狀物質(zhì)形成并堵塞一定量的膜孔,當(dāng)反應(yīng)9h時(shí),膜表面能形成PDA層,并且沒有明顯顆粒狀物質(zhì)。PEI反應(yīng)6h制備的PEI/PDA-PVDF膜和PDA-PVDF膜比較,膜表面的N/O元素比從0.38上升到1.06,說明PEI成功接枝在PDA-PVDF膜表面;在2min內(nèi)接觸角下降的度數(shù)從5°增加到了25°,膜的表面滲透率有較大提高。對(duì)PEI/PDA-PVDF膜進(jìn)行銅離子吸附性能研究,溶液p H值越高,改性膜的吸附性能越好,當(dāng)PEI處理時(shí)間達(dá)到6h,溶液p H為7時(shí),改性膜的吸附量達(dá)到32.43μg/cm~2。PEI/PDA-PVDF膜對(duì)銅離子的等溫吸附更加符合Freundlich模型,動(dòng)力學(xué)吸附更加符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)改性膜進(jìn)行重復(fù)吸附再生研究,經(jīng)過四個(gè)循環(huán)后,改性膜的吸附效率仍在90%以上,說明改性膜有著良好的重復(fù)吸附再生能力。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ051.893

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本文編號(hào)：1556142