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《湖南工业大学》 2010年
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双亲性纳米TiO_2复合体的制备及其在聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜中的应用研究

曹江  
【摘要】:聚偏氟乙烯(PVDF)是一种用于开发耐压型、高性能的水处理超滤膜的优选材料。本课题综合国内外PVDF超滤膜改性研究的基础上,从分子设计的原理出发,设计合成可同时提高PVDF超滤膜亲水性和压密性的双亲性纳米TiO_2复合体,用于改性PVDF超滤膜,制备出高通量、耐污染、抗压实的PVDF杂化超滤膜。同时,对复合粒子杂化成膜及其改性机理进行探讨。 本论文根据分子设计原理,设计了以纳米TiO_2为核,硅烷偶联剂KH-570为疏水链,丙烯酸(AA)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚物为亲水链段的双亲性纳米TiO_2复合体。并对合成工艺进行了研究,结果表明:硅烷偶联剂KH-570的用量为3wt.%(相对于纳米TiO_2重量),AA与MMA单体的总用量为60wt.%,AA与MMA单体的比例控制在40~50%),引发剂的用量为0.8wt.%,单体与引发剂的以滴加添加方式,反应体系温度控制在80℃,此时,复合体单体接枝率可达80%,且表现出较好的亲水性能。而在复合粒子改性PVDF超滤膜的研究中,PVDF含量为20wt.%,PVP的添加量为3wt.%,双亲性复合粒子添加量为4wt.%,凝胶液为纯水,凝胶温度控制在20~25℃,复合膜的亲水性、压密性、抗污染性得到显著提高,膜通量可达到90mL.cm~(-2).h~(-1)。 利用浸入凝胶相分离法制备PVDF超滤膜,通过分析浊点相图分析,铸膜液起始临界点低时,体系发生双节线液-液瞬间相分离,表面形成致密的多孔层,孔径分布在50~100nm之间,膜内部形成贯穿的指状以及空腔型孔隙。最后,本论文对双亲性纳米TiO_2复合体改性机理进行了研究探讨,提出了改性物理模型。改性的纳米粒子由于表面疏水链作用,可稳定分散在PVDF超滤膜表面和内部;分散在膜内的粒子形成“海岛”结构,起到增强膜压密性的效果;而分散在膜表面的纳米粒子,可提高膜表面的粗糙度,强化膜的亲水性能。另外,粒子表面接枝的高分子亲水链在凝胶过程发生表面离析与富集,可显著改性膜亲水性和抗污染能力,提高膜通量。
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