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《中国海洋大学》 2010年
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PVDF/PAN/有机纳米粘土杂化中空纤维超滤膜的制备与表征

郑伟萍  
【摘要】: 聚偏氟乙烯(PVDF)是一类性能优良的膜材料,通过干-湿相转化法纺丝工艺制备PVDF/PAN共混中空纤维超滤膜,研究了纺丝工艺参数对中空纤维超滤膜结构和性能的影响;通过在铸膜液体系中直接加入有机纳米粘土,制备了不同纳米粘土含量的PVDF/PAN/有机纳米粘土杂化中空纤维超滤膜,研究了添加剂种类和有机纳米粘土加入量对杂化膜结构和性能的影响。 通过改变铸膜液组成(聚合物浓度、添加剂含量)和纺丝工艺条件(凝胶浴温度、芯液温度、干程、芯液中溶剂含量),研究各因素改变对PVDF/PAN共混中空纤维超滤膜的结构和性能的影响。研究发现,随着铸膜液中聚合物浓度的增加,膜内海绵孔逐渐发展,亚层指状孔结构受到抑制。PVDF共混一定量的亲水性PAN,有利于提高膜的亲水性,改善膜的性能。添加少量的LiCl有利于抑制大孔结构形成,当含量过高时,会促使指状孔结构的生长。随着外凝胶浴温度升高,指状孔在宽度和长度上长大,大孔结构增多,膜内表面上的孔径增大;较低的外凝胶浴温度有利于形成指状孔。芯液中DMAc含量增加,指状孔结构减少,海绵孔发展,纯水通量和孔隙率降低,牛血清蛋白截留率增加。随着干程的增大,指状孔结构变宽,有了出现大孔穴的趋势,中空纤维膜的表面变得更为平整,膜的水通量增大,截留率降低;当干程为1cm时,拉伸性能最好。 采用纳米微粒与高分子直接共混法和干-湿相转化法,将有机纳米粘土添加到铸膜液中制备PVDF/PAN/有机纳米粘土杂化中空纤维超滤膜。研究了制膜工艺条件、添加剂种类和有机纳米粘土含量对杂化膜结构和性能的影响。结果表明,在相同的条件下,只改变添加剂种类,杂化膜水通量由小到大排序为:无添加剂LiCPVP k30复配添加剂,截留率的排序为:PVP k30复配添加剂无添加剂LiCl; LiCl作添加剂时,杂化膜有较好的拉伸性能,以PVP k30为添加剂制备的膜的壁厚较大。铸膜液中加入有机纳米粘土后,对杂化膜的结构和性能有较大影响。通过对杂化膜的SEM、AFM观察和性能表征发现,当有机纳米粘土的含量为0.48wt%时,杂化膜的结构和性能最佳,接触角为72.23°。随着纳米粘土含量的增加,水通量和BSA截留率先增大后减小,拉伸性能先增大后降低,杂化膜可以在保持较高截留率的情况下显著提高膜的纯水通量。EDS测定结果看出,杂化膜中存在Si,说明纳米粘土存留在杂化中空纤维膜中。膜的化学稳定性测试表明,杂化膜有较强的耐酸、碱和抗氧化性;膜的耐污染性测试表明,杂化膜的抗污染性能优于纯的PVDF膜。
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