两亲聚合物改性聚偏氟乙烯膜及其应用的研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)膜由于其优良的可加工性、化学稳定性、孔径可控和耐热性能而广泛地应用于微滤和超滤过程。但由于PVDF膜表面疏水性强,尤其是应用在油水分离、蛋白类水质分离等方面时,易产生吸附污染。本文通过相转化法(L-S)制备PVDF平板膜,研究了制膜条件和膜性能的关系;合成了一种新型的两亲聚合物并用于PVDF膜的改性,研究了改性膜的表面性能和渗透性能。 利用异佛尔酮-二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG)、甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)和乙二醇(EG)合成了一种新型的聚氨酯丙烯酸酯大分子单体,并进一步与甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合,制备了一种既含有相对疏水链段、又含有相对亲水链段的两亲聚合物。将两亲聚合物添加到聚偏氟乙烯(PVDF)原材料中通过相转化法制得聚合物超滤膜。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和核磁共振光谱仪(NMR)表征了大分子单体的结构,用凝胶渗透色谱法(GPC)测定了两亲聚合物的分子量;通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了膜表面形貌;用接触角法测定了膜表面的亲水性;用X射线光电子能谱(XPS)分析了膜表面组成;测定了纯水的膜渗透通量、对牛血清蛋白(BSA)的截留率和截留分子量(MWCO)等渗透性能。 实验结果表明,两亲聚合物的加入能均匀地分散于PVDF相中并提高了PVDF膜表面的孔隙率;AFM和 XPS分析表明相转化过程中两亲聚合物在膜表面发生了富集; 随着聚合物中两亲聚合物质量分数从0%变化到15%,纯水渗透通量由纯PVDF膜的26 L/m2·h提高到122L/m2·h,膜表面水接触角由79° 降至 62°。 改性膜对蛋白质的渗透通量衰减实验表明,膜的耐污染性得到了提高。通过对浓度为80mg/L~240mg/L含油水的膜分离实验表明,衰减趋稳后,纯PVDF膜通量在20 L/m2·h左右,而改性膜通量在50 L/m2·h左右,有了显著提高。纯PVDF膜除油率最高达89.1%,出水中油含量为9.5mg/L,改性膜除油率最高达97.0%,出水中油含量为7.2mg/L,达到了国家水质排放标准(GB 8978-1996)。
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