凹凸棒土改性PVDF共混除湿膜结构与性能研究

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膜法除湿由于具有高效的除湿效率、可操作性高等优点被广泛使用,除湿膜在使用过程中易使吸湿剂从膜表面流出而造成吸湿性能下降,为此本文以聚偏氟乙烯(PVDF)作为骨架支撑结构,凹凸棒土(ATP)作为CaCl2液解的水溶液通道兼顾聚合物补强材料,CaCl2作为主要吸湿剂,采用溶剂挥发诱导相分离法(SEIPS)制备了ATP改性PVDF除湿膜。本文研究了不同ATP和CaCl2含量对膜结构和性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、孔隙率测试、接触角测试、吸湿性测试等对膜进行了表征,结果表明,随着ATP含量增加,膜结构逐渐变得疏松多孔,球晶附着的ATP棒晶结构增多,孔隙率逐渐增大,最高为77%。随着CaCl2含量增加,球晶间空隙增加,孔隙率提高。当CaCl2增加到聚合物的30wt%时,膜结构变得致密,球晶之间发生粘连,有向胞腔孔转变的趋势。水分管理能力表明,ATP的加入可以提高除湿膜亲水性,使膜的通透性提高,吸湿量和初始吸湿速率均逐渐增大,当ATP添加到聚合物的10%时,吸湿量和吸湿速率达到最大值为0.876 g·g-1和0.056 g·g-1·min-1。较低的CaCl2含量有利于提高膜亲水性和水蒸汽的渗透和吸收,然而高含量的CaCl2使膜结构致密化,不利于水蒸汽渗透致使吸湿性能有所降低。随着ATP含量和CaCl2含量增加,除湿膜拉伸性能增加。ATP的加入使得除湿膜具有了吸附甲醛的功能,吸附量可达73.6 mg·g-1。为进一步提高除湿膜的吸湿性能,同时改善CaCl2流失问题。首先,采用化学共沉淀法制备了磁性凹凸棒土(MATP),通过SEM、傅里叶红外光谱、X射线衍射、振动样品磁强计等对MATP结构与磁性能进行表征。结果表明,Fe3O4纳米粒子均匀吸附在ATP表面并表现出较好的磁性。其次,利用磁场诱导和SEIPS法制备了MATP改性PVDF除湿膜,使用SEM、孔隙率测试、X射线元素分析仪(EDX)、吸湿性测试、液解性能、抗生物污染实验等对膜结构和性能表征。结果表明,磁场作用使PVDF球晶聚集,孔隙率增大,球晶表面ATP棒晶结构规则取向,有利于吸湿性能的提高,吸湿量和吸湿速率分别为0.986 g·g-1和0.060 g·g-1·min-1,同时具有较好的拉伸性能。最后,重点研究了除湿膜液解性能,证明了加入ATP和磁场作用能够减缓膜中CaCl2流失,CaCl2流失率降低了10%左右。此外,加入MATP的除湿膜具有较好的抗生物污染性能,这扩展了除湿膜的应用范围。
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