多巴胺改性碳纳米材料促进PVDF超滤膜性能的改进及其影响机制

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在膜分离技术中,PVDF超滤膜的疏水性和通量问题是限制其广泛使用的重要原因,研究有效改善膜亲水性和通量问题的方法对于PVDF更为广泛的应用具有重要的现实意义。DA作为一种新型膜表面改性物质逐渐受到人们的重视,DA涂覆可以显著提高膜表面亲水性,然而会导致超滤膜膜孔的堵塞。碳纳米材料(碳纳米管和石墨烯)可以有效的改善膜渗透性与选择性的权衡效应,但它们高的表面能使得其在有机溶剂中很难实现均匀稳定分散,限制了它们在膜制备中的应用。  本文利用DA分别对CNT和GO以及两者的复合材料进行改性,改性条件温和、过程简单且无有毒有害废物产生。利用制备的碳纳米材料制备PVDF复合膜,通过膜结构和性能的变化,分析DA改性碳纳米材料对膜性能影响的机理。研究发现CNT在DA改性之后具有更好的分散性和更高的亲水性,亲水性纳米材料的引入可以改善膜孔结构以及膜表面亲水性,使得DA/CNT/PVDF膜具有更高的膜通量和抗污染性能,说明对于CNT来说DA是一种的有效的改性方式。GO的引入使得PVDF膜通量显著提升,由于GO本身带有大量的含氧官能团,使得DA不能良好的涂覆其表面。虽然DA/GO/PVDF膜与GO/PVDF膜相比通量没有明显提升,但DA/GO的引入使膜表面亲水性有一定提升,DA/GO/PVDF膜的抗污染性能明显高于GO/PVDF膜。DA改性不同CNT/GO复合材料对PVDF膜性能的影响不同,膜性能的提升是DA改性以及碳纳米材料协同效应共同作用的结果。DA改性可以改变碳纳米复合材料的组合方式和分散形式,使复合膜具有不同的过滤性能。复合材料比单种碳纳米材料在提升膜性能方面更为显著,研究中DA/(CNT+GO)/PVDF膜具有最优的膜过滤性能。DA改性碳纳米材料可以显著提高PVDF膜过滤性能,对PVDF膜的实际应用具有很好的促进作用。
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