PVDF超滤膜的亲水改性及抗污性能研究

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随着全球淡水资源短缺问题的日益严峻,海水淡化和废水回收再利用的重要性与日俱增。膜分离技术由于其低成本和高效率在水净化领域得到广泛应用。与其他类型的膜相比,聚偏氟乙烯(PVDF)膜因其良好的化学稳定性,热稳定性,及较高的机械强度,受到越来越多的关注。但是,由于PVDF具有比较强的疏水性,使PVDF膜在使用过程中容易受到污染,从而限制了它在水处理领域的应用潜力。膜的污染通常是由胶体颗粒、有机大分子、微生物等,在膜表面与膜孔内吸附与沉积造成的,导致了滤膜通量下降,缩短膜的使用寿命,并增加了处理过程的运行成本。通常我们认为具有高亲水性的膜表面可以有效地减小污染物的吸附与沉积,减小膜的污染。因此,通过简单有效的方法制备出亲水及抗污染的PVDF膜具有重要的意义。本文主要包括以下内容:(1)研究了液体膜在湿空气中暴露不同时间对PVDF膜结构的影响。通过调控暴露时间,制备出具有粗糙的网络状大孔结构的PVDF超滤膜,并通过在其表面涂覆聚多巴胺来研究膜的亲水性及抗污染性能。结果表明,在具有粗糙的网络状大孔结构的PVDF膜表面涂覆聚多巴胺后,膜表面的水接触角从120.8°降低至29.5°,通量恢复率显著提高达到了96%。这充分说明亲水修饰后滤膜表面具有了优异的抗污染性能。此外,我们所构造的粗糙的网络状大孔结构对膜的通量、亲水性及抗污染能力也有明显的影响。(2)首次使用原位交联聚合法成功地制备了聚乙二醇(PEG)化的PVDF超滤膜,并极大地简化了原有的制备工艺。制备的PEG化PVDF膜的表面化学组成通过X射线光电子能谱仪(XPS)和智能型傅里叶红外光谱仪(ATR-FTIR)进行表征,结果证实聚聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PPEGMA)已经合成并固定在膜表面。在引入PPEGMA后,膜表面的亲水性明显增强,并且运行3个循环后通量恢复率仍可达到90.3±2.8%,表明膜的抗污染能力得到明显的改善。(3)通过磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)在PVDF溶液中的原位交联聚合反应及非溶剂诱导相分离技术,制备了两性离子化的PVDF超滤膜。通过过滤实验证实在引入聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(PSBMA)后,通量恢复率(FRR)从45.1%增加到90%,不可逆污染造成的通量损失率(Fir)从54.9%减少到10%,总污染造成的通量损失率(Ft)从77.1%降低到50.4%,牛血清白蛋白(BSA)的截留率从9.9%增加到81.5%,表明制备的PVDF/PSBMA膜具有优异的防污性能和较好的截留性能。
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