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《天津工业大学》 2008年
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抗污染油水分离聚偏氟乙烯复合膜的研究

韩冰  
【摘要】: 聚偏氟乙烯(PVDF)是一类性能优良的膜材料。本文通过三种亲水改性方法制备油水分离复合膜,研究了制膜条件与改性膜性能和结构的关系;对改性膜的结构性能进行了表征。 以PVDF微孔膜为基膜,以对苯二甲酰氯(TPC)和间苯二胺为反应单体,采用界面聚合方法制备了高性能的抗污染油水分离PA/PVDF复合膜,研究了反应单体浓度、热处理时间、热处理温度因素对复合膜分离性能的影响。实验表明,当TPC,间苯二胺,乙二胺浓度分别为5g/L、10g/L、2g/L,热处理时间10min,热处理温度35℃时,复合膜对100mg/L乳化油溶液截留率达到91.76%,通量为50.77 L·m~(-2)·h~(-1);采用表面接触角、傅立叶红外光谱(FITR-ATR)分析了膜表面性质及变化,通过扫描电子显微镜(SEM)比较了膜的表面形态。结果表明,复合膜表面有芳香族聚酰胺薄层的存在,与基膜相比,接触角降低了47.60%,复合膜表面亲水性显著增强,复合膜表面膜孔数量减少;比较了基膜和复合膜的水通量、COD截留率及牛血清蛋白(BSA)吸附量,探讨了基膜和复合膜的清洗方式和通量恢复率。结果表明,复合膜在连续过滤60min以后达到稳定状态后通量稳定在55 L·m~(-2)·h~(-1)左右,对COD的截留率达到95%;复合膜的抗污染性能更好;复合膜清洗后的通量恢复率大于基膜,三种清洗方式对复合膜的清洗效果依次为:碱>纯水>酸。 采用涂覆法制备了纳米TiO_2/PVDF油水分离复合膜,研究了不同浓度纳米TiO_2溶胶涂覆改性对PVDF复合膜性能和结构的影响,结果显示:随着纳米TiO_2浓度的增加,复合膜的纯水通量、油截留率、COD去除率等分离性能指标随之提高,接触角减小,亲水性增强,热稳定性和机械强度逐步增强;通过XRD、XPS、BET及SEM分析对制备的纳米TiO_2/PVDF复合膜进行了结构表征,结果显示:平均粒径为8.8nm的锐钛矿TiO_2被嵌入到PVDF膜表面,对改善膜的亲水性起到重要作用;膜表面极性基团的数目显著增加;复合膜平均孔径减小,比表面积提高,有利于分离性能的增强;SEM分析显示复合膜的污染程度低于基膜;复合膜的性能测试表明:通量稳定在45 L·m~(-2)·h~(-1)左右,对COD的截留率达到90%以上,具有良好的抗污染性能。 采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2溶胶,并用来共混改性PVDF微孔膜,制得TiO_2/PVDF杂化膜。应用红外光谱、热重分析、扫描电子显微镜、拉伸强度测试分别对杂化膜的晶相结构、热稳定性、表面形貌和机械性能进行了测试,结果表明杂化膜的微观结构与PVDF微孔膜相比有了显著的改善。应用接触角测试、分离乳化油溶液实验、牛血清蛋白吸附实验,分别对杂化膜的亲水性、分离性能、抗污染性能进行了研究。结果表明,与PVDF微孔膜比较,杂化膜的亲水性明显增强,接触角由79.2°降低到了38.3°;纯水通量达到211.11 L·m~(-2)·h~(-1),对100mg/L乳化油溶液的截留率达到93%以上;牛血清蛋白吸附量小于PVDF微孔膜,抗污染能力更强。研究发现过高浓度的TiO_2溶胶会造成杂化膜各项性能指标下降。
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ320.721

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【参考文献】
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