收藏本站
《天津大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

抗污染自清洁膜表面的仿生构建及油水分离过程强化研究

陈文娟  
【摘要】:表面污染是众多领域的共性科学问题,而多孔膜表面污染(膜污染)是制约膜技术广泛应用于污水资源化,缓解淡水资源匮乏的瓶颈问题。目前,低污染多孔膜表面的构建大多遵循Whitesides的抗污染四原则,集中于强化表面的抗污染性能,却忽视了自清洁性能。抗污染膜在应用过程中,膜的通量恢复性能虽得到明显改善,但通量衰减依然可达1~2个数量级。向自然学习,创新膜表面结构调控方法和理论,制备抗污染、自清洁分离膜,提高膜应用效率,具重要理论意义和应用价值。 本论文以解决污水资源化过程中聚合物分离膜表面的污染问题为出发点,选择水处理过程中的典型污染物油类为模拟污染物系,基于对自然界中超亲水抗污染(细胞膜)和低表面能自清洁(荷叶)表面的仿生,从分子水平上设计制备主体成膜材料或膜改性剂,通过自由表面偏析和强制表面偏析方法原位可控构建抗污染、自清洁多孔膜表面,分析并建立膜表面润湿性、化学组成及自由能等性质与膜性能之间的联系,实现膜在污水资源化中的过程强化。 首先,受自然界超亲水抗污染表面(细胞膜)启发,发展了自由表面偏析方法,构建出抗污染膜表面。通过自由基接枝聚合将聚丙烯腈(PAN)链段接枝到醋酸纤维素(CA)主链上,制备了两亲性CA-g-PAN成膜材料,研究发现,CA与PAN链段热力学上的差异性,加速了相转化成膜过程,膜表皮层孔密度显著提高,膜纯水通量较CA空白膜提高近百倍,且大部分疏水的PAN链段在自由表面偏析过程中被包埋在膜主体内,未影响膜表面的亲水性;将无机纳米颗粒原位生成过程及CA高分子成膜过程相耦合,制备了CA(TEOS)超滤膜,原位生成的无机纳米颗粒同时具致孔和表面改性功能,膜的通量显著提高,亲水性增强。上述制备的CA-g-PAN和CA(TEOS)抗污染膜,处理含油污水时,通量恢复率均大于90%,但通量衰减依然严重,总通量衰减指数大于50%。 其次,受自然界超亲水抗污染(细胞膜)与低表面自清洁(荷叶)表面启发,创建了强制表面偏析法,构建出抗污染、自清洁膜表面,在赋予膜表面抗污染性能的同时,赋予膜表面以自清洁性能,进一步提高膜的应用效率。设计制备包含亲水段(聚甲基丙烯酸据乙二醇酯,PEGMA链段或聚[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵内盐,PSPP链段)及非极性低表面能疏水(聚甲基丙烯酸六氟丁酯, PHFBM )段的CA-g-P(HFBM-PEGMA)成膜材料或P(HFBM-SPP)膜改性材料,通过强制表面偏析法,构建出亲水区/非极性低表面能微区镶嵌的非均相表面,亲水区具“污染抵御”即抗污染作用,低表面能微区具“污染释放”即自清洁作用,两种作用的协同进一步消除膜污染。所制备的CA-g-P(HFBM-PEGMA)或PVDF/P(HFBM-SPP)抗污染、自清洁超滤膜在处理含油污水时,同时实现了近100%的通量恢复率及超低通量衰减率(3.4%)。另外,当亲水链段为两性离子类链段(PSPP)时,膜还同时具智能响应行为。 最后,同样受自然界超亲水抗污染(细胞膜)与低表面自清洁(荷叶)表面启发,基于强制表面偏析和微相分离调控,可控构建出多功能抗污染、自清洁膜表面,实现了“一膜多用”,即同一张膜适用于水处理过程中的不同类型污染物。以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO,Pluronic F127)嵌段共聚物为基础材料,接枝上不同链长的含氟链段(聚甲基丙烯酸含氟酯链段,FAM),制备出P(F127-g-FAM)三元五嵌段共聚物。研究结果表明,包含强亲溶剂性低表面能链段的嵌段共聚物及强挥发性溶剂利于构建两亲性PVDF/P(F127-g-HFBM)低污染膜表面,此表面可显著消除油类物质引起的膜污染;与此相反,包含弱亲溶剂性低表面能链段的嵌段共聚物及弱挥发性溶剂于构建亲水性PVDF/P(F127-g-DFHM)低污染膜表面,此表面则可显著消除生物(蛋白质)类物质引起的膜污染。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;威海威阳渔具有限公司[J];钓鱼;2003年24期
2 粟常红;肖怡;崔喆;刘承果;王庆军;陈庆民;;一种多尺度仿生超疏水表面制备[J];无机化学学报;2006年05期
3 康明丽;;仿生电子鼻在食品鉴评中的应用[J];食品工程;2006年03期
4 马海乐;仿生食品工程学发展中的若干问题[J];大自然探索;1994年04期
5 邱支振;机械工程的未来与仿生[J];安徽工业大学学报;2002年03期
6 ;自然仿生减肥 健康开心瘦身[J];伴侣(A版);2003年08期
7 关春龙;赫晓东;李垚;;叠层状复合材料的研究进展[J];材料导报;2004年04期
8 金桥;刘湘圣;徐建平;计剑;沈家骢;;磷酸胆碱两性离子修饰的水溶性纳米银[J];中国科学(B辑:化学);2008年09期
9 曾戎;刘宏伟;屠美;赵剑豪;查振刚;周长忍;;仿生壳聚糖基纳米纤维的自组装构建[J];高分子材料科学与工程;2009年12期
10 郭振清;我与仿生保健操[J];家庭科技;2002年11期
11 鱼萍;肉制品标准配方设计方案[J];肉类工业;2004年12期
12 丁立君;仿生魔芋素食加工方法[J];家庭科技;2005年07期
13 孙冬梅,吴庆生,朱勇,丁亚平;仿生支撑液膜法制备硫化锌自组装纳米球链[J];化学学报;2005年16期
14 徐国富;牟申周;廖素三;Fumio Watari;;用仿生自组装法制备的新型生物复合材料及表征[J];稀有金属快报;2006年05期
15 徐国富;牟申周;廖素三;Fumio Watari;;碳酸化羟基磷灰石/胶原(nCHAC)生物复合材料的室温制备及表征[J];材料导报;2006年08期
16 杨宏民;罗海珠;;仿生气味传感器阵列判识煤矿火灾的实验研究[J];煤炭学报;2007年08期
17 朱晶心;邵惠丽;胡学超;;仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝(Ⅰ)——工艺参数及结构特性[J];功能材料;2008年01期
18 朱晶心;邵惠丽;胡学超;;仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝(Ⅱ)——pH值的影响[J];功能材料;2008年02期
19 徐良;孙友宏;李治文;王传留;孙丙伦;陈师逊;;仿生孕镶金刚石钻头在山东玲珑金矿的试验[J];地质与勘探;2008年04期
20 朱晶心;杭怡春;张耀鹏;邵惠丽;胡学超;;仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝(Ⅲ)-金属离子的影响[J];功能材料;2008年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐新生;孙发明;胡俊林;杨超;;超磁仿生鱼优化设计与控制[A];2008年全国生物流变学与生物力学学术会议论文摘要集[C];2008年
2 朱晶心;马彦龙;邵惠丽;胡学超;;仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的干法纺丝初探[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
3 邓宝清;任露泉;陈庆海;徐百龙;刘燕;;仿生非光活塞缸套系统耐磨机理分析[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
4 陶敏;李建桥;刘庆怀;;基于遗传算法的非光滑仿生推土板优化[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
5 徐建平;竺磊泽;金桥;计剑;沈家骢;;磷酸胆碱改性碳纳米管溶解性和生物相容性的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
6 王丽华;张信信;贠延滨;;新型仿生钠离子通道膜的制备[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
7 李云峰;张俊虎;朱守俊;贾菲;王占华;杨柏;;聚苯乙烯二维胶体晶体辅助构筑仿生减反射、自清洁表面[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
8 汪刘恒;王嘉鹏;李智;何斌;原续波;马桂秋;盛京;;含磷酯酰胆碱仿生微囊的制备与药物释放行为研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
9 计剑;;生物医用界面的仿生修饰与组装[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
10 李炳蔚;赵红平;冯西桥;;牛角的力学性能研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 建学;日本 仿生调光材料用于建筑[N];中国房地产报;2004年
2 黄小英;新兴“仿生”运动[N];中国医药报;2000年
3 力纳;仿生皮能否奏出京戏神韵?[N];消费日报;2008年
4 赵三明;仿生轮胎将成市场宠儿[N];中国工业报;2005年
5 郑有成;仿生玉雕美不胜收[N];中国商报;2005年
6 王轶慧 记者  薛婧;“仿生式水底采样器”全国领先[N];黑龙江日报;2006年
7 孙勤 荐;“仿生”要健身[N];中国老年报;2001年
8 董欢霁;『大脑之门』催生全球首例仿生人[N];医药经济报;2006年
9 张桀;空间技术与眼睛仿生[N];大众科技报;2002年
10 林鹰 一平;神秘的仿生武器装备扫描(二)[N];中国航空报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈文娟;抗污染自清洁膜表面的仿生构建及油水分离过程强化研究[D];天津大学;2012年
2 石卿;超滤膜的仿生构建及抗污染机理的分子水平探索[D];天津大学;2010年
3 王立志;企业仿生的机理和表型研究[D];北京工业大学;2003年
4 袁鹏;仿生机器蟹步行机理分析及控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 文锐;抗凝改性血液净化滤器膜构建及性能研究[D];中南大学;2010年
6 石志标;智能仿生鼻及其应用研究[D];吉林大学;2004年
7 谢肇;仿生脉冲电磁场治疗绝经后骨质疏松症的实验研究[D];第三军医大学;2004年
8 成巍;仿生水下机器人仿真与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
9 袁志庆;超疏水表面的仿生构建[D];中南大学;2008年
10 仰云峰;聚丙烯微孔膜的表面亲水化及其抗污染性能研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段可;钛表面仿生制备及调制磷灰石涂层研究[D];四川大学;2001年
2 于艳爽;八足仿生机器蟹运动协调与控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 瞿晓荣;仿生机器蟹控制系统及驱动技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 王炜;基于生物肌肉的仿生驱动装置研究[D];西北工业大学;2004年
5 吴水金;民俗文化中仿生现象的历史考察——以华南少数民族为典型[D];暨南大学;2003年
6 张毅;耕作机具部件仿生设计与研究[D];武汉理工大学;2002年
7 程霜梅;波纹形曲面仿生推土板表面数学建模及优化设计[D];吉林大学;2004年
8 陈伟东;细胞膜仿生纳米传递体系的研究[D];浙江大学;2005年
9 陈丽莉;注射器针头表面仿生非光滑形态减阻的试验研究[D];吉林大学;2006年
10 陈建军;仿生非光滑表面压铸机冲头设计与研究[D];吉林大学;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978