亲水性聚全氟乙丙烯中空纤维膜的制备研究

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本文以聚全氟乙丙烯(FEP)为成膜基体,复合无机粒子为成孔剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为稀释剂,采用熔融纺丝-拉伸法制备了FEP中空纤维膜,分析了成孔剂含量对FEP中空纤维膜热性能、动态力学性能和力学性能的影响,测试了膜的纯水通量和孔径分布,用环境扫描电子显微镜(FESEM)观察了膜的形貌。结果发现,FEP中空纤维膜的海绵状孔结构是由溶出孔和界面孔构成。随成孔剂含量增加,成孔剂在成膜体系中的分散程度变差,易发生团聚,从而导致膜的孔径变大及孔径分布变宽。成孔剂和稀释剂含量对膜的热性能和动态力学性能影响较小。当成孔剂含量降至20wt%时,在膜的表面易形成致密层,降低了膜的通透性。   采用共辐射接枝法对FEP中空纤维膜进行亲水改性。以丙烯酸(AAc)为接枝单体,用电子束对AAc和FEP中空纤维膜的辐射体系进行辐照。讨论了AAc浓度和辐射剂量对接枝率的影响。用FTIR-ATR、XPS对FEP-g-AAc中空纤维膜表面基团和元素进行分析,用接触角、吸水率和离子交换量对FEP-g-AAc中空纤维膜的亲水性能进行表征。结果表明,AAC浓度越高,AAc与膜表面活性自由基接触机率越大,更多的AAc接枝到膜的表面,同时接枝链变长,接枝率增加。当辐射剂量增加,膜表面的活性自由基增多,AAc与活性自由基的接触机率变大。接枝率越高,表明更多的AAc接枝到膜上,膜的表面能越大,接触角越小,亲水性越好。本研究所得FEP-g-AAc中空纤维膜最小静态水接触角为60°,表明FEP中空纤维膜辐射接枝AAc后,亲水性能明显提高。   将聚苯乙烯(PS)引入成膜体系中,通过熔融纺丝法制得FEP/PS中空纤维膜。用浓硫酸磺化法对FEP/PS中空纤维膜进行磺化处理,以改善FEP中空纤维膜的亲水性能。随磺化时间和温度的增加,膜表面的磺酸基团(-SO3H)数量增多。随-SO3H基团数量的增多,膜润湿性能越好,接触角降低,吸水率增加,表明FEP/PS磺化处理后亲水性明显增加。从FEP/PS中空纤维膜表面形貌可观察到,在磺化过程中有少量PS脱落,膜孔增多,提高了FEP/PS中空纤维膜的孔隙率。
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