本文關(guān)鍵詞：芳香類聚合物防污膜的表面改性及性能研究

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【摘要】：傳統(tǒng)本體改性在引入活性自由基氯甲基基團(-CH_2Cl)的過程中,大量使用催化劑四氯化錫(SnCl4)或氯化鋅(ZnCl2)會對環(huán)境造成污染,而有機相溶劑如氯甲醚(ClCH_2OCH_3)和氯仿(CHCl3)的使用也會對人體健康造成危害。因此,本文針對此問題,主要采用低毒的相轉(zhuǎn)移催化劑(磺酸內(nèi)銨鹽)對聚芳醚酮(PEK-C)超濾膜和聚砜(PSF)超濾膜表面進行氯甲基化反應(yīng);再通過表面原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)(SI-ATRP)接枝磺酸基甜菜堿(SBMA)單體,從而達到親水防污的目的。研究采用多聚甲醛、磺酸內(nèi)銨鹽、濃鹽酸對PEK-C和PSF膜進行氯甲基化反應(yīng),在膜表面引入-CH_2Cl基團,以-CH_2Cl為引發(fā)劑通過SI-ATRP反應(yīng)將SBMA接枝聚合到PEK-C膜和PSF膜表面;再通過掃描電鏡(SEM)分別觀察了PEK-C-g-PSBMA超濾膜和PSF-g-PSBMA超濾膜的表面和斷面的形貌;X射線光電子能譜分析(XPS)對PSF,PSF-Cl,PSF-g-PSBMA,PEK-C,PEK-C-Cl,PEK-C-g-PSBMA進行表面元素的分析;傅里葉紅外光譜分析(FT-IR)分析進一步證明SBMA接入到超濾膜的表面。研究發(fā)現(xiàn)氯甲基化反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間6 h、多聚甲醛2.0 g、催化劑0.15 g、濃鹽酸30 mL時、PEK-C改性膜接觸角最小,與原始膜相比減小了40°;氯甲基化反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間3 h、多聚甲醛1.5 g、催化劑0.05 g、濃鹽酸40 mL、ATRP反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間6 h、SBMA濃度為1.5 mol/L時PSF改性膜接觸角最小,與原始膜相比降低了50°。表面改性使膜的親水性大幅度提高,證明改性膜具有親水性。本研究又進一步對氯甲基化反應(yīng)時間和ATRP反應(yīng)時間對膜性能(純水通量、蛋白截留率、通量恢復(fù)率)的影響進行探究,確定PEK-C氯甲基化6 h、ATRP反應(yīng)6 h,PSF氯甲基化1 h、ATRP反應(yīng)6 h。根據(jù)最優(yōu)條件對膜進行改性后,兩種膜的恢復(fù)率均超過90%。對PEK-C超濾膜和PSF超濾膜的特性進行研究發(fā)現(xiàn),利用牛血清蛋白(BSA)對兩種膜進行蛋白吸附實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種改性膜的蛋白吸附值明顯下降,且隨著接枝時間的延長,蛋白的吸附量逐漸越少。本研究利用大腸桿菌對兩種膜進行抗菌性實驗研究,結(jié)果表明,兩種膜具有抗菌性,未改性的PEK-C超濾膜和PSF超濾膜表面有大量大腸桿菌粘附,兩種膜隨著ATRP反應(yīng)時間的延長,改性膜表面大腸桿菌數(shù)目減少,當ATRP反應(yīng)9 h時,大腸桿菌幾乎不再粘附于膜表面。本文利用表面氯甲基化和SI-ATRP反應(yīng)制得了改性PEK-C膜和改性PSF膜,同時證明了改性后的膜具有親水防污的性能,從而為PEK-C膜和PSF膜在海水淡化、污水處理、食品應(yīng)用等行業(yè)的推廣提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：聚芳醚酮 聚砜 表面改性 兩性離子 抗污染
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 膜技術(shù)簡介11
• 1.2 膜的分類11-12
• 1.3 膜污染簡介12-14
• 1.4 膜的改性14-23
• 1.4.1 膜改性材料14-17
• 1.4.2 膜改性方法17-23
• 1.5 課題研究和意義23-24
• 第2章 材料與研究方法24-35
• 2.1 實驗材料與試劑24-25
• 2.2 實驗儀器25
• 2.3 實驗內(nèi)容25-30
• 2.3.1 SBMA的制備25-26
• 2.3.2 超濾膜的制備26-27
• 2.3.3 PEK-C超濾膜和PSF超濾膜的氯甲基化27-28
• 2.3.4 ATRP反應(yīng)28-30
• 2.4 膜性能的表征30-33
• 2.4.1 全反射傅里葉紅外光譜（ATR-FTIR）分析30
• 2.4.2 X射線光電子能譜（XPS）分析30
• 2.4.3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）的形貌分析30-31
• 2.4.4 膜性能測試31-33
• 2.5 靜態(tài)蛋白吸附33
• 2.5.1 PEK-C膜的蛋白吸附實驗33
• 2.5.2 PSF的蛋白吸附試驗33
• 2.6 抗菌實驗33-35
• 2.6.1 菌種活化33-34
• 2.6.2 固定液的配置34
• 2.6.3 PEK-C抗菌實驗34
• 2.6.4 PSF抗菌實驗34-35
• 第3章 聚芳醚酮的表征及性能測試35-54
• 3.1 引言35
• 3.2 SBMA的表征35-36
• 3.3 PEK-C-g-PSBMA膜的形貌表征36-38
• 3.4 PEK-C-g-PSBMA膜的XPS分析38-39
• 3.5 PEK-C-g-PSBMA膜的ATR-FTIR分析39
• 3.6 靜態(tài)接觸角的分析39-46
• 3.6.1 氯甲基化溫度對接觸角的影響39-40
• 3.6.2 氯甲基化反應(yīng)時間對接觸角的影響40-41
• 3.6.3 氯甲基化反應(yīng)中各物質(zhì)的量對接觸角的影響41-43
• 3.6.4 ATRP反應(yīng)溫度對接觸角的影響43-44
• 3.6.5 ATRP反應(yīng)時間對接觸角的影響44-45
• 3.6.6 SBMA濃度對接觸角的影響45-46
• 3.7 膜性能的測試46-51
• 3.7.1 氯甲基化時間對PEK-C膜性能的影響46-48
• 3.7.2 ATRP反應(yīng)時間對超濾膜性能的影響48-51
• 3.8 蛋白吸附實驗51
• 3.9 抗菌實驗51-52
• 3.10 本章小結(jié)52-54
• 第4章 聚砜的改性及其性能測試54-72
• 4.1 引言54
• 4.2 PSF-g-PSBMA膜的形貌表征54-56
• 4.3 PSF-g-PSBMA膜的XPS分析56-57
• 4.4 PSF-g-PSBMA膜的ATR-FTIR分析57-58
• 4.5 靜態(tài)接觸角的分析58-64
• 4.5.1 氯甲基化溫度對接觸角的影響58-59
• 4.5.2 氯甲基化反應(yīng)時間對接觸角的影響59-60
• 4.5.3 氯甲基化反應(yīng)中各物質(zhì)的量對接觸角的影響60-61
• 4.5.4 ATRP反應(yīng)溫度對接觸角的影響61-62
• 4.5.5 ATRP反應(yīng)時間對接觸角的影響62-63
• 4.5.6 SBMA濃度對接觸角的影響63-64
• 4.6 膜性能的測試64-69
• 4.6.1 氯甲基化反應(yīng)時間對膜性能的影響64-67
• 4.6.2 ATRP反應(yīng)對超濾膜性能的影響67-69
• 4.7 蛋白吸附實驗69-70
• 4.8 抗菌實驗70
• 4.9 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻74-83
• 致謝83

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本文編號：604044