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通过原位交联方法改性PVDF膜及其应用研究

邓扬  
【摘要】:近年来,膜分离技术快速发展,因其具有高分离效率和操作简便等优点而被广泛应用于污水处理领域。PVDF膜具有优异的机械强度、化学稳定性、耐候性,是一种制备超/微滤膜的常用材料,在水处理应用方面有良好的应用前景。但由于PVDF膜本身的疏水性会在应用中遇到一些问题:一方面,膜表面的疏水性会增加过膜压力,从而减小过滤通量;另一方面,膜的疏水性导致其抗污染性较差,在应用中容易受到污染,导致通量急剧衰减,降低膜的使用寿命。所以对PVDF膜进行亲水性改性是解决这些问题的有效途径。本论文采用两种基于P(MMA-co-GMA)和PEI通过原位交联共混的方法反应来提高PVDF膜的亲水性,并系统的考查了不同方法所制备的膜的形态结构、湿润性、机械强度,以及膜的分离性能和抗污染性能。将P(MMA-co-GMA)和PEI与PVDF共混,并使其进行原位交联共聚,通过浸没沉淀相转化法制备超亲水的和用于油/水乳液分离的水下超疏油膜。P(MMA-co-GMA)作为交联剂和亲水性的PEI发生交联共聚,可以有效的减少制膜过程中亲水性物质的损失。通过TGA,SEM,ATR-FTIR和XPS表征证明了这些改性的成功完成。所制备改性膜具有超亲水性和水下超疏油性,同时还表现出水下抗油污性能。随着添加剂含量的增加,膜的亲水疏油性能呈现增强的趋势,纯PVDF膜表面的水接触角为96°±3°,并且在10分钟内变化不大,M30,M40的表面水滴可以快速渗透。纯PVDF膜的水下油接触角为128±3°,M20的水下油接触角为153±2°,油滴无法粘附在M30,M40上面。混合PVDF膜可以截留油滴,同时允许水通过,表现出优异的油/水乳液分离性能。此外,由于采用原位交联策略,共混PVDF膜可承受重复使用和长期操作。在第十次循环后,所有膜的截留率均高于98.3%,水下油接触角超过150°。为了进一步减少制膜过程中亲水性物质的损失,添加了碳酸氢铵作为致孔剂,且改变成膜方式,刮膜完成后,将改性膜置于60°的烘箱中,利用碳酸氢铵分解所产生的气体和水成孔,以避免在进行水凝固浴相分离时亲水性物质分离到水中,当添加剂投加量为40%时,改性膜中添加剂损失量仅为投加量的3%。并对所制备的改性膜进行一系列的表征,探究了添加剂投加量与膜的亲水性以及抗污染性能之间的关系。


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