多元共混PVDF超滤膜的结构和性能研究

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PEO改性PVDF复合超滤膜研制及其性能研究

PEO改性PVDF复合超滤膜研制及其性能研究

A b s t r a c t :I n t h i s w o r k ,t h e p h a s e i n v e r s i o n m e t h o d w a s a d o p t e d t o f a b i r c a t e p o l y o x y e t h y l e n e( P E O) / p o l y v i n y l i d e n e l f u o i r d e( P V D F) u l t r a i f l t r a t i o n m e mb r a n e s w i h t t h e u s e o f p o l y v i n y l p y r r o l i d o n e( P V P) a s d i s p e r s a n t a n d N,N — d i me t h y l a c e t a m i d e( D MA C) a s s o l v e n t .B y a d d i n g P E O p a r t i c l e s t o P V D F ,a n d
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聚偏氟乙烯功能性薄膜的制备、结构调控及性能研究

聚偏氟乙烯功能性薄膜的制备、结构调控及性能研究

聚偏氟乙烯功能性薄膜的制备、结构调控及性能研究聚偏氟乙烯(PVDF)功能性薄膜的制备、结构调控及性能研究引言:聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种常用的聚合物材料,因其良好的绝缘性、耐腐蚀性和热稳定性,在电子、能源和环境等领域展示了广泛的应用潜力。

近年来,通过结构调控,可以制备出具有特殊功能的PVDF薄膜,如压电、热电、超疏水等,从而拓展其在科技工业中的应用。

本文将重点讨论PVDF功能性薄膜的制备方法、结构调控以及性能研究进展。

一、PVDF功能性薄膜的制备方法1. 溶液法制备:将PVDF溶解于合适的溶剂中,通过旋涂、浇铸或喷涂等方法在基底上得到薄膜。

2. 热压法制备:将PVDF粉末加热至熔点以上,然后在加压条件下使其冷却固化,得到均匀的薄膜。

3. 拉伸法制备:将PVDF薄膜在合适的温度条件下进行单向或多向拉伸,从而获得具有特殊结构和性能的薄膜。

二、PVDF薄膜的结构调控1. 聚合度控制:通过聚合反应条件的调整,可以控制PVDF分子链的长度,从而影响薄膜的机械强度和热稳定性。

2. 结晶度调控:通过不同的拉伸温度和速度,可以达到调控PVDF薄膜的结晶度,进而调控其压电和热电性能。

3. 复合材料改性:将其他材料(如纳米颗粒、碳纳米管等)引入PVDF薄膜中,可以改善其机械、电学和光学性能。

三、PVDF功能性薄膜的性能研究1. 压电性能:采用电介质弛豫谱(DEP)等实验方法,研究PVDF薄膜在外加电场下的压电响应,用于传感器和压电发电等领域。

2. 热电性能:利用瞬态热法(TGS)和热电比较法(Seebeck)等实验手段,研究PVDF薄膜的热电转换效率和功率因子,用于热电能量收集和转换。

3. 超疏水性能:通过改变PVDF薄膜的表面形貌或引入疏水性表面涂层,研究其在润湿性能和抗污染性方面的应用潜力。

结论:聚偏氟乙烯(PVDF)功能性薄膜通过不同的制备方法和结构调控手段,可以获得具有特殊功能的薄膜材料。

其在压电、热电和超疏水等领域的研究表明,PVDF薄膜具有广泛的应用潜力。

基于EfOM的PVDF超滤膜共混改性及膜抗污染机制解析

基于EfOM的PVDF超滤膜共混改性及膜抗污染机制解析

基于EfOM的PVDF超滤膜共混改性及膜抗污染机制解析基于EfOM的PVDF超滤膜共混改性及膜抗污染机制解析近年来,随着水资源日益短缺以及水环境污染问题日益严重,超滤技术作为一种高效的水处理技术受到了广泛关注。

聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜作为一种常用的材料,具有良好的化学稳定性和机械强度,但其亲水性较差,往往容易被污染物堵塞,导致膜的通量降低。

因此,研究如何提高PVDF超滤膜的抗污染性能,对于超滤技术的实际应用具有重要意义。

环境有机物(EfOM)是影响超滤膜性能的关键因素之一。

在水处理过程中,EfOM中的微生物、胶体、蛋白质等有机物会聚集在膜表面,形成一个致密的附着层,称为污染层。

该层会阻碍水分子通过膜孔,导致膜的通量降低,甚至导致膜完全失效。

因此研究EfOM对PVDF超滤膜抗污染性能的影响,对于理解污染机制,进一步优化超滤膜的性能至关重要。

为了改善PVDF超滤膜的抗污染性能,可以通过共混改性的方法来引入其他物质,如亲水性增强剂、抗污染剂等。

亲水性增强剂可以提高膜表面的亲水性,降低EfOM的吸附和堵塞,从而提高膜的通量。

常用的增强剂有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)等。

抗污染剂可以改变膜表面的结构和性质,降低污染物与膜表面的作用力,减少污染物的吸附和堵塞,从而提高膜的抗污染性能。

常用的抗污染剂有聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯醇(PVA)等。

共混改性可以通过调控共混体系的成分组成、配比和添加剂的用量来实现。

例如,在PVDF超滤膜中添加一定比例的PVA和PEI,可以有效降低EfOM的吸附,改善膜的抗污染性能。

其机制主要包括以下几个方面:首先,亲水性增强剂的引入可以显著提高膜表面的亲水性。

通过PVP、PVA等亲水性增强剂的作用,膜表面的稀释效应使EfOM的吸附能力降低,从而抑制了污染层的生成。

其次,抗污染剂的引入可以改变膜的表面形态和结构。

PEI的引入可以为膜表面提供阴离子静电层,并形成一层较为均匀的截留层,阻碍EfOM堵塞膜孔,提高膜的抗污染性能。

聚偏氟乙烯PVDF超滤膜的制备与性能的研究

聚偏氟乙烯PVDF超滤膜的制备与性能的研究

改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的制备与性能的研究施柳青 卞晓锴 陆晓峰中国科学院上海应用物理研究所,上海201800摘要:以改性聚偏氟乙烯(PVDF-马来酸酐)为膜材料,绘制了PVDF-DMAc,PVDF-NMP,PVDF-DMF,PVDF-DMSO 不同溶剂体系的三元相图;采用浸没沉淀相转化方法制备超滤膜,研究了铸膜液中溶剂体系、不同聚合物浓度以及添加剂浓度变化对膜性能的影响,对膜的亲水性和抗污染性能进行了测试和对比。

结果表明:在聚合物-溶剂二元体系发生相分离过程中,所需非溶剂( 水) 的量的顺序为: DMAC>NMP>DMF >DMSO;以DMAC为溶剂时制备的改性聚偏氟乙烯(PVDF-马来酸酐)制膜液液-液分层速度减慢,得到的膜表面相对致密截留率高;随着聚合物浓度的提高,膜的通量下降,截留率上升,提高膜的性能;蛋白溶液连续运行实验及接触角测试结果显示接枝了马来酸酐后,改性PVDF制备的超滤膜的透过性能和抗污染性能均得到了提高。

关键词:改性聚偏氟乙烯;相转化法;超滤膜;三元相图随着超滤技术应用领域的日益扩大, 人们对各种可溶性溶质的浓缩、分离、提纯和净化,对超滤膜提出了更高的要求,因而对膜材料的品种和性能提出了更高的要求,对超滤膜的品种及性能要求越来越高。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种疏水性的线型结晶性聚合物,具有优良加工性能、热稳定性能和耐化学腐蚀性等特点,近年来在膜分离技术领域中受到了人们的关注,在环保、冶金、医药、食品加工等领域有广泛的应用〔1 〕。

我们获得改性聚偏氟乙烯(PVDF-马来酸酐),在PVDF本体上接枝马来酸酐的新型膜材料,对此展开了研究,制备超滤膜。

本文以改性PVDF-马来酸酐为膜材料,采用相转化的方法制备超滤膜, 研究了铸膜液中溶剂体系,不同聚合物浓度以及添加剂浓度变化对膜性能的影响,对改性PVDF-马来酸酐和PVDF超滤膜的抗污染性能和接触角进行了测试和对比。

1实验部分1.1 实验材料及试剂聚偏氟乙烯(PVDF)、改性聚偏氟乙烯(PVDF-马来酸酐),聚乙二醇,聚乙烯吡咯烷酮(PVP),所用的有机溶剂主要有:N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、牛血清蛋白(BSA, M n=67000)。

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究改性聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)超滤膜是一种广泛应用于水处理、环境保护、食品和制药等领域的膜材料。

本文将讨论改性PVDF超滤膜的制备方法、表征技术以及成膜机理的研究进展。

PVDF是一种具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械性能的聚合物。

然而,其低的亲水性导致膜的通透性较差,易发生膜污染,降低了膜的分离性能。

因此,通过改性方法提高PVDF超滤膜的亲水性和抗污染性能成为了研究的重点。

改性PVDF超滤膜的制备方法主要包括物理方法和化学方法两类。

物理方法包括添加表面活性剂、膜表面物理处理和复合膜制备等。

添加表面活性剂通常能够提高膜的亲水性,但在实际应用中存在环境不稳定性和生物降解性等问题。

膜表面物理处理方法主要包括张力处理、电弧处理、等离子体处理等,能够增加膜表面的粗糙度和亲水性。

复合膜制备方法是在PVDF膜表面添加一层具有亲水性和抗污染性能的薄膜,如聚丙烯酸钠膜、聚乙烯醇膜等。

化学方法主要是通过在PVDF膜表面引入亲水基团或改性剂,如引入氨基、羧基、羟基、磺酸基等。

这些改性剂能够减小膜表面的接触角,提高膜的亲水性。

改性PVDF超滤膜的表征主要包括静态特性和动态性能两方面。

静态特性主要指膜的表面形貌、亲水性和物理性能。

表面形貌通常通过扫描电子显微镜(SEM)观察膜的形貌变化;亲水性通过接触角实验测定,接触角越小,说明膜的亲水性越好;物理性能通过打孔强度、渗透性能和膜通量等指标来评价膜的质量。

动态性能主要指膜的抗污染性能、降解性能和稳定性。

通过对膜的抗污染性能和降解性能的测试,可以评估膜在实际应用过程中的稳定性和持久性。

改性PVDF超滤膜的成膜机理是研究的关键。

研究表明,改性剂在成膜过程中能够加速溶剂的蒸发,促进PVDF膜的结晶生长和剥离,从而形成更为均匀致密的膜结构。

改性剂中的亲水基团能够与水分子发生氢键作用,提高膜的亲水性。

PVDF共混纤维的制备及其结构性能研究的开题报告

PVDF共混纤维的制备及其结构性能研究的开题报告

PA6/PVDF共混纤维的制备及其结构性能研究的开题报告一、研究背景及意义PA6和PVDF是两种常用的工程聚合物材料,具有较好的力学性能和化学稳定性,广泛应用于纺织、汽车、航空航天等领域。

然而,由于其性能的单一性和限制,很难满足某些特定领域或特殊环境下的应用需求。

相比之下,PA6/PVDF混合材料由于具有优异的综合性能(如高强度、高耐腐蚀性、高温耐性等)而备受瞩目。

在现有的研究中,一些学者们已经探讨了PA6/PVDF混合材料的制备方法和性能表现,但是其研究对象主要是材料的力学性能,鲜有研究报道材料的结构性能尤其是晶态结构性质。

因此,本研究旨在制备一种PA6/PVDF混合纤维,并对其晶体结构进行分析和表征,探究其在结构方面的性能表现和特点,为该材料的进一步应用提供一定的理论支持和实验数据。

二、研究内容本研究拟采用共混纺丝的方法制备PA6/PVDF混合纤维,通过比较不同混合比例对混合纤维的力学性能进行测试,并进行晶体结构的分析和表征。

研究内容包括以下两方面:1. PA6/PVDF混合纤维的制备:采用共混纺丝的方法,探索PA6/PVDF的最佳混合比例。

首先,在混合料溶解的过程中,控制物料的温度、浓度和时间等因素,使二者充分混合,形成均一的混合溶液;接着,将混合溶液注入纺丝机中,并通过调整毛丝的拉速与卷绕速度,制备出具有一定强度和韧性的PA6/PVDF混合纤维。

2. PA6/PVDF混合纤维的性能分析:采用XRD、DSC、SEM等测试手段,对不同混合比例的PA6/PVDF混合纤维的晶体结构、结晶行为和形貌结构等方面进行分析和表征。

研究混合比例对纤维的晶体相结构的影响,探究混合纤维中二者之间的分子作用和结晶方式,以及不同结构对材料性能的影响。

三、预期成果1. 制备一种具有一定强度和韧性的PA6/PVDF混合纤维。

2. 对PA6/PVDF混合纤维的晶体结构和结晶行为进行分析和表征。

3. 探究不同PA6/PVDF比例对纤维晶体构型的影响,以及对纤维性能的影响。

离子液体接枝埃洛石纳米管共混PVDF超滤膜的制备及性能研究

离子液体接枝埃洛石纳米管共混PVDF超滤膜的制备及性能研究

离子液体接枝埃洛石纳米管共混PVDF超滤膜的制备及性能研究环境污染和淡水资源的短缺已成为严重的社会问题。

开发耐用的污水处理新材料和先进的水处理技术,实现污水的循环利用,不仅能够有效降低环境污染,还能减缓水资源匮乏地区的供水短缺问题。

因此,制备绿色、高效、环保的油水分离膜对水资源的循环利用和生态环境的可持续发展有着重大意义。

本文旨在利用有机高分子聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)制备具有高效分离性能和高抗污染性能的PVDF超滤膜,并应用于油水分离工艺中。

首先,采用浸没沉淀法制备PVDF超滤膜,探讨溶剂类型、致孔剂类型、致孔剂添加量、铸膜液浓度、掺杂埃洛石纳米管(HNTs)对膜结构和分离性能的影响,确定适合的工艺参数。

通过在铸膜液中掺杂HNTs制备了共混PVDF膜,改善了PVDF超滤膜的亲水性和纯水通量。

其次,采用“一步接枝法”将具有亲水性能的咪唑型离子液体接枝在无机HNTs的表面,将改性后的HNTs作为添加剂与PVDF共混制膜。

这种方法不仅提高了无机HNTs与有机PVDF膜基体的相容性,同时改善了膜表面的亲水性,达到提高膜抗污染能力的目的,使其成为具有优异的分离性能及抗污染性的超滤膜。

本文还考察了新型PVDF超滤膜的机械性能,随着ILHNTs的添加,膜的机械性能明显改善,且随着ILHNTs浓度的增大而变强。

最后,本实验将改性的PVDF超滤膜应用在油水分离的工艺中,评估了改性后的超滤膜对柴油、石油醚、大豆油、汽油、正己烷等不同种类的油水混合物的截留效率,并进一步探究了柴油乳液的分离性能和抗污染性能,测试了超滤膜在油水分离工艺中的耐用性。

油水截留实验结果表示,新型PVDF膜具有较高的油水分离性能。

柴油抗污染实验数据表明掺有ILHNTs的PVDF膜具有良好的柴油抗污染性能。

稳定性试验数据证明了新型的共混PVDF膜具有良好的耐柴油油水乳液稳定性。

纳米TiO2+Al2O3-PVDF超滤膜的制备及应用研究

纳米TiO2+Al2O3-PVDF超滤膜的制备及应用研究

纳米TiO2+Al2O3-PVDF超滤膜的制备及应用研究摘要:本篇文章主要研究了纳米TiO2+Al2O3/PVDF超滤膜的制备及其应用。

通过溶液浇筑法和烘干法制备了纳米TiO2+Al2O3/PVDF超滤膜,并对其进行了表面形貌、孔结构、力学性能以及水分离性能的表征和评价。

实验结果表明,纳米TiO2+Al2O3/PVDF超滤膜具有较好的孔结构和力学性能,具有良好的水分离性能,可应用于水处理领域。

关键词:纳米TiO2+Al2O3/PVDF、超滤膜、制备、应用、水处理1.引言随着水资源的日益紧张和环境污染问题的日渐严重,水处理技术变得越来越重要。

超滤膜作为一种重要的水处理膜材料,具有优异的分离性能和较高的通量,已经广泛应用于水处理和废水处理领域。

然而,传统的超滤膜普遍存在着结构松散、机械强度低、抗污染能力差等问题,限制了其在实际应用中的发展。

因此,研究制备性能优良的超滤膜材料具有重要意义。

近年来,纳米材料作为一种新型的超滤膜材料逐渐受到关注。

纳米材料具有较高的比表面积和更好的力学性能,可以增强超滤膜的分离性能和机械强度。

TiO2和Al2O3是常用的纳米材料,具有优异的光催化性能和化学稳定性,被广泛应用于环境保护和光电领域。

PVDF作为一种聚合物材料,具有优良的化学稳定性和机械性能,可用作超滤膜的基材。

2.实验部分2.1 材料与仪器本实验中使用的材料有:聚偏氟乙烯(PVDF)、丙酮、TiO2纳米颗粒、Al2O3纳米颗粒等。

实验所需的仪器有:电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、接触角计等。

2.2 纳米TiO2+Al2O3/PVDF超滤膜的制备先将PVDF溶解在丙酮中制备成具有一定浓度的聚合物溶液。

然后将TiO2和Al2O3纳米颗粒分别加入溶液中,并进行超声处理,使纳米颗粒均匀分散在聚合物溶液中。

在超声处理后,将溶液搅拌至均匀,并充分排除其中的气泡。

最后,将制备好的溶液浇注到平整的基材上,并进行烘干处理,制备得到纳米TiO2+Al2O3/PVDF超滤膜。

PVDF有机膜的共混改性及性能研究.

PVDF有机膜的共混改性及性能研究.

PVDF有机膜的共混改性及性能研究coagulation bath on pure water fluxcoagulation bath on porosity 图10 凝胶浴温度对平均孔径及最大孔径的影响Fig.7 Effect of thetemperature of coagulation bath on average aperture and the largest aperture 2.5 溶剂挥发时间对膜性能的影响溶剂挥发时间是影响共混膜性能的一个重要因素,尤其是影响到膜的平均孔径及其分布情况,以及孔隙率,宏观上体现在纯水通量的大小。

溶剂挥发时间过短,铸膜液的相分离速度缓慢,不利于膜孔的有效形成,孔隙率较低,纯水通量相应不高;适当延长溶剂挥发时间,在一定范围内,随着挥发时间的增加,铸膜液的相分离速度会得到很大提高,从而加速了膜孔的形成,膜的皮层浓度也有所增加,平均孔径、孔隙率及纯水通量都有所提高;再延长溶剂挥发时间,则会使铸膜液的凝胶速度减缓,此时不利于膜孔的形成,平均孔径减小,孔隙率下降,纯水通量减少。

因此,有效控制溶剂的挥发时间对共混膜性能的提高有较大影响。

在室温26℃,湿度56%环境下,如图11、12所示。

图11 挥发时间对纯水通量的影响图12 挥发时间对孔隙率的影响Fig.11 Effect of the solvent volatilization time Fig.12 Effect of the solvent volatilization time on pure water fluxon porosity 2.6 PVDF/A、PVDF/B、PVDF/C三类共混膜的化学稳定性在室温26℃,湿度56%环境下,将在相同条件下制得的PVDF/A、PVDF/B、PVDF/C三类共混膜分别沉浸于盐酸,氢氧化钠溶液和双氧水中24h,然后分别测试它们的纯水通量、孔隙率及平均孔径,如表13所示。

聚偏氟乙烯微滤膜的制备及其结构演变机理的研究

聚偏氟乙烯微滤膜的制备及其结构演变机理的研究

聚偏氟乙烯微滤膜的制备及其结构演变机理的研究聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜是一种新型的膜材料,具有优良的物理性能和化学稳定性,被广泛应用于水处理、环境保护、生物医药等领域。

本文主要研究了聚偏氟乙烯微滤膜的制备方法以及其结构演变机理。

一、聚偏氟乙烯微滤膜的制备方法目前,制备聚偏氟乙烯微滤膜的方法主要有干法和湿法两种。

干法制备主要是通过将聚偏氟乙烯高分子材料进行纺丝或压延成薄膜,然后进行热处理。

湿法制备则是通过将PVDF溶解在有机溶剂中,加入表面活性剂和水进行乳化,形成乳液后进行膜化。

在干法制备中,纺丝工艺是常用的方法之一。

首先将PVDF高分子材料进行熔融,然后通过纺丝装置将熔融的聚偏氟乙烯挤出,形成微细纤维。

接下来,通过热处理使纤维结晶,形成微孔结构,并获得一定厚度的膜。

这种方法制备的膜具有较高的孔隙率和通量,但膜厚较薄,易损坏。

湿法制备中,乳液膜化是常用的方法。

PVDF溶解在有机溶剂中,然后加入表面活性剂和水进行乳化,形成乳液。

乳液中的PVDF颗粒经过凝聚和浓缩,形成一层薄膜。

接下来,通过干燥和热处理使薄膜结晶,形成微孔结构。

这种方法制备的膜良好的孔隙结构和稳定性,适用于大面积制备。

二、聚偏氟乙烯微滤膜的结构演变机理聚偏氟乙烯微滤膜的结构演变涉及到凝聚、结晶和孔隙化过程。

在乳液膜化制备中,PVDF颗粒在乳液中通过自聚凝聚,逐渐形成一层连续的膜。

此时,PVDF颗粒的分散态转变为集聚态。

在热处理过程中,PVDF膜内的聚集态颗粒发生结晶,形成全晶结构。

PVDF分子的取向和排列逐渐有序,形成晶状结构和无定形结构的共存。

随着结晶度的增加,膜内的无定形结构逐渐减少。

随着热处理时间的增加,PVDF膜内的晶状结构逐渐连续,孔隙结构逐渐形成。

这是因为热处理过程中,PVDF分子的凝聚作用和聚集作用增强,颗粒之间的相互排斥作用增加,导致孔隙生成。

研究发现,制备过程中的工艺参数对结构演变机理有明显影响。

例如,热处理温度和时间越高,结晶度越高,孔隙结构越稳定。

PVDF超滤膜的制备及其成膜机理研究

PVDF超滤膜的制备及其成膜机理研究

——.塑垩奎兰堡圭.堂垡堡塞从该凝胶路径可以看出,在1s时,在厚度方向聚合物浓度分布比较均匀(每两个点间距10微米),上层浓度比初始浓度要高,其形成的膜结构应该是上层孔隙率比下层低,整体孔隙率分布变化不大的状态。

该结论可由图3.9中膜的断面扫描电镜照片证实。

图3.9使用DMF做溶剂的电镜图片3.6.3使用DMAc做溶剂的体系Water:岸帅灯=1.0059/cm3吒。

=18.01cm3/g一小Dk1王k,。

=2.6M。

=18DMAc:ⅣDM。

=O.9472F乙Ⅲ。

=92.5c,n3/g一ⅢDkMD№。

=87.12%Ⅲ。

=1.0使用vrentas—Duda模型D=D,(1一办)2(1—2嬲)其中,D。

是自扩散系数:z是相互作用参数:39(64)第三章PvDF多元制膜体系的计算图3.12使用DMAc做溶剂的电镜图片3.6.4动力学模型假设在模型的推导过程中使用了大量的假设:(1)假设整个过程为热力学均相过程,虽然实际会发生分相现象。

(2)在多元传质体系方程的推导过程中忽略了交叉项来得到容易求解的方程。

(3)假定凝胶浴组成保持恒定,不存在浓度梯度。

(4)扩散系数的计算中认为其在全浓度范围内不变。

(5)认为扩散过程为沿厚度方向的一维扩散。

(6)计算结果只对短时问内有效。

以上动力学计算得到的是短时间内聚合物浓度随膜厚的分布,通常聚合物浓度较低的地方孔隙率较大,容易形成指状孔等大孔,而孔隙率较小的地方一般形成海绵状结构。

以上的动力学计算中使用了大量的假设,这限制了模型的准确性。

但是计算结果所表现出的规律性与实验结果相吻合,对实践有一定指导价值。

浙江大学硕士学位论文第四章PVDF超滤膜的制各与结构调控4.1前言聚偏氟乙烯(PVDF)是一种结晶性聚合物,具有优异的耐酸、碱、氧化剂,耐紫外线和抗老化性能,能够溶于N,N一二甲基甲酰胺(DMF)、N,N一二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N~甲基吡咯烷酮(NMP)和磷酸三乙酯(TEP)、等多种溶剂。

Cu(tpa)PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究

Cu(tpa)PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究

第41卷第1期2021年(月膜科学与技术MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.41No.1Feb.2021Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究王海涛12,张皓冰12,奥德12,师梦闪2,常娜13$(1.天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室,天津300387;2.天津工业大学环境科学与工程学院,天津300387;3.天津工业大学化学与化工学院,天津300387)摘要:通过室温搅拌法合成了Cu(t pa)纳米晶,并将其作为改性剂制备了Cu(t pa)/PVDF杂化超滤膜.通过XRD、FTIR和SEM等手段表征Cu(tpa)纳米晶,系统研究了Cu(tpa)纳米晶及其含量对PVDF杂化超滤膜的形貌、结构以及性能的影响.采用SEM、XRD、FTIR、静态水接触角等手段对杂化膜进行了表征,结果表明,Cu(tpa)纳米晶可以有效调节PVDF膜的内部结构,当Cu(tpa)添加质量分数为5%时,Cu(tpa)/PVDF膜内部全部为海绵状结构.性能测试结果显示,添加Cu(tpa)材料可以显著提高PVDF膜的纯水通量,同时对BSA截留率保持在96%以上.此外,BSA静态吸附和恢复水通量测试表明,Cu(tpa)/PVDF膜具有良好的抗污染性能.关键词:Cu(tpa);PVDF;金属有机骨架;超滤;抗污染中图分类号:TQ028.8文献标志码:A文章编号:10078924(2021)01004010doi:10.16159/ki.issnl007-8924.2021.01.006聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的热稳定性、化学稳定性以及良好的韧性和成膜性,是应用最为广泛的制备超微滤膜的高分子材料之一口一2(.然而,PVDF超滤膜具有很强的疏水性,在膜运行过程中容易吸附污水中的蛋白质、多糖和腐殖酸类物质,并沉积到膜的表面及膜孔中,造成严重的膜污染,使膜渗透通量下降,需要进行频繁的膜清洗,不仅增加了运行成本,还缩短了膜的使用寿命'一4(.近年来,对PVDF超滤膜的改性研究越来越受到关注,其改性主要分为以下两种途径,即化学改性和物理改性•化学改性是指将具有特定功能的官能团或分子通过接枝反应等手段引入到PVDF分子结构中,例如亲水性单体接枝'一6(、短链分子接枝7等•化学改性的方式通常会改变材料固有的分子结构,其性能往往可以得到较大提升,但化学改性的缺点是其反应步骤一般比较长、且过程难以控制•物理改性是指通过将亲水材料'一9(、亲水性聚合物:10—11等改性材料与膜材料共混来制备杂化超滤膜的方法•物理改性往往可以结合聚合物基质和添加剂两者的特点,制备过程也更加简便易行,对于工业化生产及应用来说更具有前景•张杏梅等13将亲水V(O5纳米线共混到PVDF中制得V2O5-PVDF超滤膜,与纯PVDF膜相比水通量提高了66%,并具有较好的抗污染性能;马聪等'14(将氧化石墨烯(GO)杂PVDF超滤膜中,的性膜水通量提高64%,且具有良好的抑菌性和抗生物污染期:2020-04-27;期:2020-11-25基金项目:天津市科技重大专项(19YFSLQY00060,19YFZCSF01110,19PTZWHZ00030);中国博士后基金(2018M630275)第一作者简介:王海涛(1981-),男,河北邯郸人,博士,教授,研究方向为膜材料与膜过程,E-mail:138****6961@163, com.$通讯作者,E-mail:changna@引用本文:王海涛,张皓冰,奥德,等.Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究[J(.膜科学与技术,021,1(1):40—49&Citation:Wang H T,Zhang H B,Ao D,t al Preparation and properties of Cu(tpa)/PVDF hybrid ultrafiltration mem-brane'J(.MembraneScienceandTechnology(Chinese),2021,41(1)40—49.第1期王海涛等:Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究-41-性;Ren等'5(通过共混改性制备的MIL-PVDF超滤膜对亚甲基蓝有很好的去除效果,并保持了较高的渗透性.金属有机骨架(Metal—Organic Framework, MOF)是一类由金属离子或金属簇与有机配体自组装组成的一类新型多孔晶体材料,具有可设计的孔结构和可调控的表面化学性质,近年来已广泛应用到膜分离领域'6(.Cu(t pa)是一种由铜盐与对苯二甲酸(terephthalic acid,tpa)合成的具有大比表面积的MOF材料,具有易于合成、晶体尺寸可调节等优点•此外,由于骨架结构中存在有机配体对苯二甲酸,相比于传统的无机纳米材料,纳米Cu(tpa)材料在有机溶剂中具有更好的分散性,因此更适于作为一种制备杂化超滤膜的物理改性材料:17—19].本研究中,采用室温搅拌法成功制备了Cu(tpa)纳米晶,将其作为物理改性材料共混于PVDF铸膜液中,通过相转化法制备了Cu(tpa)/ PVDF杂化超滤膜.采用SEM、AFM、FTIR等手段对超滤膜的结构进行了表征,考察了Cu(tpa)纳米晶对PVDF膜结构的影响;通过纯水通量、,SA截留、静态吸附等实验,测试了Cu(tpa)对PVDF超滤膜分离性能和抗污染性能的影响,证实了Cu(tpa)/PVDF膜有的渗性及性&1实验部分1.1试剂与仪器PVDF,Solvay有限公司;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇、三乙胺,天津市科密欧化学试剂有限公司;聚乙二醇400(PEG-400),天津光复化学试剂有限公司;对苯二甲酸、乙酸铜一水合物、牛血清蛋白(,SA),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;卵清蛋白(OVA)、异硫氧酸荧光素(FITC),上海麦克林生化科技有限公司.全自动涂膜机(Elcometer4340),英国Elcome-ter公司;傅里叶红外光谱仪(TENSOR37)、原子力显微镜(Dimension ICON),德国Bruker公司;X射线衍射仪(D8DISCOVER),日本Rigaku公司;扫描电子显微镜(S4800),日本Hitachi公司;接触角测量仪(JC2000C),上海中晨数字技术设备有限公司;激光共聚焦显微镜(LeicaSP8),德国Leica公司;毛细流孔径分析仪(Poroluxl000),比利时普罗美特有限公司;数字旋转黏度计(SNB-1),上海方瑞仪器有限公司.1.2Cu(tpa)纳米晶的合成采用室温搅拌法合成Cu(tpa)纳米晶•将乙酸铜一水合物(0.215mg,1.08mmol)溶解于12mL dmf:h2o=无水乙醇体积比为1:1:1的混合溶液,在磁力搅拌下快速倒入12mL对苯二甲酸(0.125g, 0.595mmol)的DMF:H2O:无水乙醇体积比1:1:1的混合溶液中,随后加入1mL三乙胺继续搅拌反应3h.反应结束后通过离心分离得到固体Cu(tpa)纳米晶沉淀物,并用无水乙醇洗涤3次.1.3Cu(tpa)/PVDF杂化膜的制备有膜采用化法&将质量的Cu(tpa)纳米晶超声分散于DMF中得到悬浮液,将质量分数16%PVDF、10%PEG-400溶解于上述悬浮液,在70C条件下搅拌6h形成均一稳定的铸膜液.70C恒温下,采用数字旋转黏度计(SNB-1)选配2号转子,以6r/min的转速测量铸膜液的黏度,每种铸膜液测量3次取平均值•铸膜液室温下静置脱泡24h后,将所得铸膜液倾倒于干净的玻璃板,使用全自动涂膜机刮涂厚度为200的液膜,随后迅速转移至去离子水凝固浴中•待相转化过程完成后,将膜浸泡于去离子水中24h以去除残余溶剂•铸膜液配方如表1所示•根据Cu(tpa)纳米晶添加量的不同分别将杂化膜称为M(1)、M(3)、M(5)、M(7),未添加Cu(tpa)纳米晶的膜称为M(0).表1铸膜液配方Table1Composition of the casting solution—口铸膜液质量分数/%Cu(tpa)质量分数/% PVDF PEG-400DMF(相对于PVDF质量) M(01610740M(11610741M(31610743M(51610745M(716107471.4膜的性能测试1.4.1水通量、血白(BSA和卵白(OVA留水通量、血白留、卵白留实均在室温条件下通过死端过滤系统进行测试•测试前,先将膜在0.2MPa下用去离子水预压30min 以获得稳定的通量.测试时,将压力降低至0.1MPa.装置的有效膜面积为43cm2纯水通量J w按公式(1)计算:+•*(1・42・膜科学与技术第41卷式中:M 为渗透液的体积丄;A 为膜有效面积,;t 为渗透时间"汀w 为纯水通量,L/(m 2-h).配制浓度为1 000 mg/L 的BSA (或OVA)溶 液,进行截留率测定•截留率(R )按公式(2)计算:R d(1 —*)X100%(2)式中:C p 是渗透液中BSA (或OVA)的浓度;C f 是 原液中BSA (或OVA)的浓度,mg/L.1.4.2膜的恢复水通量测试采用死端过滤系统在室温条件下测试膜的抗污 染性•将膜进行纯水渗透30 min 以获得纯水通量变 化曲线,然后将浓度为1 000 mg/L 的BSA 溶液过滤30 min 获得BSA 溶液水通量变化曲线,随后用去离子水冲洗被污染的膜10 min 再将膜进行纯水 渗透30 min 获得恢复水通量变化曲线.1.4 3膜对牛血清蛋白的静态吸附为了考察膜在非压力条件下对BSA 的抗污染能力,进行了 BSA 的静态吸附实验.将膜浸泡于 1 000 mg/L BSA 溶液中5 h 后取出,于40 C 下干燥,并将干燥后的膜固定在载玻片上,备用•通过异硫氧酸荧光素(FITC)对膜表面吸附的牛血清蛋白 进行标记,使其荧光显色,并采用激光共聚焦显微镜检测膜表面的荧光,以确定膜表面被BSA 污染情况.具体为:配制100 mg/L 的FITC 水溶液,采用微量移液器吸取微量FITC 溶液涂覆到被污染的膜表 面并使溶液在膜表面均匀分布,避光保存1 h 后,使用激光共聚焦显微镜观察其表面的绿色荧光蛋白.1.4 4膜的化学清洗效果测试为了评价膜的化学清洗效果,将BSA 截留测试 后的膜浸泡在3%o 次氯酸钠中3 h "青洗后在40 C下干燥•将干燥后的膜固定在载玻片上,采用荧光素标记BSA,使用激光共聚焦显微镜观察膜表面的荧光蛋白.2结果与讨论2 1 Cu(tpa )纳米晶的表征图1 (a )为合成Cu(tpa)的X 射线粉末衍射(XRD)图谱,其XRD 衍射峰与文献报道的一致'7—20(,证明了 Cu(tpa)的成功合成.图1(b )为Cu(tpa)的傅里叶红外光谱图(FTIR )图中1 574、1 380和1 503 cm -1处观察到的峰是C = O 、C —O伸缩振动和O —H 弯曲振动,表明存在竣酸基团;730 cm -1处的特征振动归因于Cu —O 伸缩振动,表 明O 原子与Cu 配位.如图2所示,通过测量Cu(tpa)纳米薄片的静态水接触角,评估Cu(tpa)材 料的亲水性.Cu(tpa)纳米晶的平均水接触角为30. 8°,说明Cu(tpa)表现出较强的亲水性.Cu(tpa )的扫描电镜图像(SEM )如图3所示,可以看到 Cu(tpa)纳米晶呈现多面体状,其平均粒径约为 380nm&2 2 Cu(tpa)/PVDF 杂化膜的表征为了考察Cu(tpa)纳米晶对PVDF 膜官能团和结晶度的影响"将Cu(tpa)/PVDF 杂化膜进行了 FTIR 和XRD 分析.如图4()所示,PVDF 的特征 吸收峰均在1 500 cm -1以下,其中M(0 )和M(1)的吸收光谱无明显差异•随着Cu(tpa )纳米晶含量的增加,M(3 )、M(5)和M(7)膜在1 574 cm -1处检测到Cu(tpa )纳米晶C=O 的吸收峰.在图4(b )膜的XRD 图谱中可以看到M(0)膜"卩PVDF 的特征峰出现在18. 5。

Ag3PO4改性PVDF超滤膜的结构与性能

Ag3PO4改性PVDF超滤膜的结构与性能

Ag3PO4改性PVDF超滤膜的结构与性能周婕;文晨;吴佳朋;肖长发【摘要】将不同量Ag3PO4均匀地分散在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,利用相转化法制备了改性PVDF膜,通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、过滤实验和污染性测试等研究了其微结构、分离性和耐污染性等,并考察了膜污染后的清洗效果。

结果表明,添加Ag3PO4的PVDF膜具有不同的微结构与性能,当添加1%的Ag3PO4时,膜皮层变薄、微孔数增多,并呈现出最优化的水通量、亲水性、力学性、抗污染能力和截留率等。

采用太阳光-水清洗能使改性膜的通量恢复率达到85%以上。

%PVDF ultrafiltration membranes were prepared by the phase-inversion method with different contents Ag3PO4 powders dispersed uniformly in the PVDF casting solution. The microstructure, separation performance and antifouling ability of such PVDF membrane and modified membranes were investigated using SEM, contact angle, cross flow filtration, and antifouling measurements, and cleaning effect for the fouled membrane was also observed. The modified membranes exhibited differences in microstructure and properties due to a specific content of Ag3PO4 powders addition. At mass fraction 1%Ag3PO4, the thickness of skin layer decreased while fine interfacial micropores increased, meanwhile the modified membranes had excellent water permeability, hydrophilicity, mechanical properties, antifouling ability and elevated retention for humic acid (HA)solution. In addition, sunlight/water cleaning in aeration could effectively recover the flux of PVDF1 membrane to above 85%.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】7页(P471-477)【关键词】膜;过滤;分离性;Ag3PO4;膜污染;亲水性【作者】周婕;文晨;吴佳朋;肖长发【作者单位】天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387;天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387;天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387;膜材料与膜过程国家重点实验室培育基地,天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8引言聚偏氟乙烯(PVDF)因具备良好的耐热、耐腐蚀和化学性质稳定等性能在微滤和超滤中成为首选的膜材料之一,并成功地用于水质净化领域[1-3],这主要是缘于膜法水处理技术集约化程度高,工艺流程短和出水水质好等优势。

PVDF/PES/CA平板式共混超滤膜的研究

PVDF/PES/CA平板式共混超滤膜的研究

PVDF/PES/CA平板式共混超滤膜的研究
顾如茜;高英;何春菊
【期刊名称】《材料导报:纳米与新材料专辑》
【年(卷),期】2011(025)002
【摘要】研究了致孔剂种类和用量对聚偏氟乙烯(PVDF)/聚醚砜(PES)/二醋酸纤维素(CA)共混平板膜结构和性能的影响,表征了共混超滤膜的水通量、截留率、孔隙率、收缩率和膜的断面形态等。

结果表明,添加PES可以提高PVDF膜的尺寸稳定性,而添加1%CA可以提高PVDF/PES共混膜的亲水性,水通量显著增加。

当PVDF/PES配比为9.5/0.5,致孔剂采用PEG20000、用量为60%时,其综合性能最优。

【总页数】4页(P386-389)
【作者】顾如茜;高英;何春菊
【作者单位】东华大学材料纤维改性国家重点实验室,上海201620
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.81
【相关文献】
1.小截留分子量共混超滤膜的研究(Ⅱ)——PVDF与PVAc共混前后超滤膜性能的比较 [J], 龚琦;杜邵龙;董声雄
2.GO/PVDF共混超滤膜的制备及其抗生物污染性能研究 [J], 马聪;黄敬云;王亮
3.氧化石墨烯共混纳米材料基PVDF复合超滤膜研究进展 [J], 刘文静;孟娜;刘艺
4.氧化石墨烯共混纳米材料基PVDF复合超滤膜研究进展 [J], 刘文静;孟娜;刘艺;
5.平板式共混超滤膜的研究 [J], 杨少华;孙国庆
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改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究

改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究改性PVDF超滤膜的制备与表征及成膜机理研究摘要:改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜具有很高的分离效率和抗污染能力,在水处理、污水处理和生物制药等领域有广泛应用。

本文综述了改性PVDF超滤膜的制备方法和表征技术,并对其成膜机理进行了研究,以期对改善超滤膜的性能和降低制备成本提供参考。

1. 引言超滤膜是一种孔径在0.001~0.1μm之间的膜,具有较高的分离效率和抗污染能力。

传统的超滤膜主要由聚合酰胺、聚砜和聚乙烯醇等材料制备,但这些材料的成本高且易堵塞。

改性PVDF超滤膜由于其良好的力学性能、化学稳定性和可调控的孔径大小,成为了一种理想的超滤膜材料。

本文将综述改性PVDF超滤膜的制备技术和表征方法,并对其成膜机理进行探讨。

2. 改性PVDF超滤膜的制备方法目前,改性PVDF超滤膜的制备方法主要包括相分离法、混杂法和相转移法。

相分离法是将改性剂与PVDF共溶或部分溶解,再通过共熔或凝固相分离的方法制备超滤膜。

混杂法是将改性剂与PVDF加入到溶解液中,形成共混体系,再通过相应的制膜方法制备超滤膜。

相转移法是将改性剂通过相转移作用使PVDF表面产生相区性质,再通过制膜方法制备超滤膜。

这些制备方法都可以在一定程度上改善超滤膜的分离性能和抗污染能力。

3. 改性PVDF超滤膜的表征技术改性PVDF超滤膜的表征技术主要包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、穿透电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、接触角测量等。

SEM可以观察超滤膜表面形貌,TEM和TEM可以观察膜内结构和孔径分布。

FTIR可以分析膜材料的化学结构和改性剂的分布情况,接触角测量可以评估超滤膜的亲水性能。

4. 改性PVDF超滤膜的成膜机理改性PVDF超滤膜的成膜机理包括湿法成膜机理和干法成膜机理。

湿法成膜机理是通过溶剂挥发和相分离等过程形成膜结构,干法成膜机理是通过拉伸、热处理和交联等过程形成膜结构。

正交法研究PVDF-PVB共混超滤膜

正交法研究PVDF-PVB共混超滤膜

正交法研究PVDF-PVB共混超滤膜李磊;李强;林汉阳;洪昱斌;丁马太;何旭敏;蓝伟光【摘要】通过干湿相转化法,制备聚偏氟乙烯(PVDF)/聚乙烯醉缩丁醛(PVB)共混平板超滤膜;并通过正交法,研究PVDF/PVB共混比及其在铸膜液中所占的质量分数以及大、小分子添加剂种类及其含量对膜性能的影响.结果表明,PVDF/PVB以8:2的共混比在铸膜液中占20%(质量分数,下同),5%的聚乙二醉-1500为大分子添加剂,3%的乙二醉为小分子添加剂,所制得的膜综合性能较好:接触角为58°,通量为532.2L/(m2·h),截留率为99.74%,拉伸强度为1223Pa,断裂伸长率为67.5%.%Polyvinylidene fluoride (PVDF)-polyvinyl butyral (PVB) blend ultrafiltration membrane was prepared by using phase-inversion technique. An orthogonal table was designed to study the influences of the blend ratio of PVDF/PVB, and the types of polymer and small molecule additives on the performance of the PVDF/PVB blend ultrafiltration membrane. The experimental results demonstrate an optimal PVDF/PVB system as follows: the blend ratio of PVDF/PVB is 8 : 2, the solid concentration is 20wt%, polymer additive is PEG-1500 with concentration of 5%, small molecule additive is ethylene glycol and its concentration is 3%. It is found that the contact angle of the membrane decreases from 88° for PVDF to 58°, which clearly suggests that the hy-drophily of the membrane is improved. The pore diameter of the membrane is between 0. 004-0. 005μm, the flux of membrane is as high as 532. 2L/(m2 · H) and the rejection rate is above 99%.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】4页(P1100-1103)【关键词】PVDF;PVB;超滤膜;正交实验【作者】李磊;李强;林汉阳;洪昱斌;丁马太;何旭敏;蓝伟光【作者单位】厦门大学,化学化工学院,福建,厦门,361005;厦门大学,材料学院,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,福建,厦门,361005;厦门大学,材料学院,福建,厦门,361005;三达膜科技(厦门)有限公司,福建,厦门,361022;三达膜科技(厦门)有限公司,福建,厦门,361022;厦门大学,材料学院,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,福建,厦门,361005;厦门大学,材料学院,福建,厦门,361005;厦门大学,材料学院,福建,厦门,361005;三达膜科技(厦门)有限公司,福建,厦门,361022【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8聚偏氟乙烯(PVDF)以其优良的化学稳定性、耐辐射性、抗污染性、耐热性和易成膜性而倍受膜界青睐[1];但其亲水性差,致膜通量小且易污染而严重制约着其在这方面的发展。

PVDF超滤膜的制备及其成膜机理研究

PVDF超滤膜的制备及其成膜机理研究
The mathematics models for thermodynamic phase diagrams and dynamical coagulation paths were presented.The bi-nodal lines and spin-nodal lines were calculated from the phase balances for temary and quaternary systems.Based on Matlab 6.5 software,the equations for the systems were solved,and the results agree well with experimental data.The inter-diffusion of
根据膜孑L的大小,膜大致可以分为微滤膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、渗透气化膜、 气体分离膜和离子分离膜等等,其中微滤和超滤的分离原理属于筛分机理,其余几种属于 溶解扩散机理;按结构可以分为对称膜和非对称膜两种。目前的膜制备方法主要有相转化 法、熔融拉伸法、径迹蚀刻法和无机膜的烧结法等。其中,相转化法是制各微滤膜和超滤 膜最广泛的一种方法。
When composition of casting solution was 17 wt.%PVDF,5wt.%glycerol and 78wt.% DMAc,respectively,the ultrafiltration membrane has dense surface,a network cross—section and possesses relative high performance.Which flux for pure water was 83 L/m2/h,and rejection to BSA was 93%under 0.】MPa.

改性聚氯乙烯超滤膜的研究_共混改性膜性能的研究

改性聚氯乙烯超滤膜的研究_共混改性膜性能的研究

1996 年6 月J u n. 1996M EM BRA N E S C IEN C E A N D T ECHN O L O GY改性聚氯乙烯超滤膜的研究(¦——共混改性膜性能的研究邢丹敏(大连化学物理研究所, 大连116012))武冠英(北京化工大学, 北京100029)胡家俊(北京工业大学, 北京100022)摘要采用共混的方法制备了改性聚氯乙烯超滤膜. 主要是分别将经低温等离子体改性的聚氯乙烯和二聚异丁烯2马来酸酐共聚物与聚氯乙烯共混, 采用适当的制备工艺, 制得了渗透和分离性能具佳的超滤膜.关键词聚氯乙烯超滤膜等离子体共混改性聚氯乙烯作为膜材料, 由于其本身优良的化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物侵蚀等性能日益受到人们的重视. 到目前为止, 聚氯乙烯微滤膜已经商品化 1 , 同时超滤膜的研究也正在积极地进行. 在工作中我们发现, 由于聚氯乙烯本身的物理化学性质决定, 要想制备高渗透性和低切割分子量的超滤膜是很困难的, 因此对其进行改性是非常必要的.对膜材料进行改性的方法很多, 如接枝共聚、嵌段共聚、共混以及等离子表面照射, 其中共混的方法是最简便、易行的办法, 它能将几种性质不同而相容性较好的成分结合在一起, 起到相互补偿的作用, 以改变膜材料的本征特性. 本文就是将经低温等离子体照射过的聚氯乙烯粉末与普通聚氯乙烯共混, 改善了聚氯乙烯的亲水性, 制备出了分离和渗透性能具佳的超滤膜, 并且将此结论推广到其它有含氧基团的聚合物与聚氯乙烯共混, 达到了同样的改性目的.1 实验部分111 原料聚氯乙烯(PV C ), T K 2800, M n = 315×104 , M W ƒM n≈2, 日本信越化学工业株式会社出品;二聚异丁烯2马来酸酐共聚物, Γ= 0 111~0114, 自制;修改稿收到日期: 1995204211·46·膜科学与技术第16 卷聚乙烯吡咯啉酮, K 230, BA SF 进口分装;N 2甲基1222吡咯烷酮, 化学纯, 上海试剂一厂.112 主要仪器紫外-可见分光光度计: U V 2120202 型, 日本岛津;型, 中国科学院物理研究所制;等离子体发生器: P GT 2¦FA C E 接触角测定仪: C A 2P 型, 日本协和界面科学株式会社;付立叶变换红外光谱仪: 60SXB 型, 美国.113 实验方法11311 低温等离子体改性型等离子体发生器, 实验原理如图1 所示.利用中国科学院物理研究所研制的P GT 2¦PV C 粉末在处理之前, 先在真空烘箱中50~60 ‴干燥, 处理时将PV C 粉末在一个专用的样品台上均匀地铺成一层, 臵于处理室中, 抽真空到1. 33 P a, 然后放入纯净的氧气(99. 9% ) , 通过针形阀调节使处理室压力达到所需值(26. 66 P a) , 稳定3 m i n ,缓慢增加输入功率至所需值, 达到预定处理时间后, 关闭电源、针形阀, 放入空气至常压, 取出样品. Array图1 等离子体处理体系示意图11312 膜性能评价纯水通量: 将膜在杯型超滤器中0. 5 M P a下预压20~30 m i n ,降低压力测定其纯水通量(L ·m - 2 ·h - 1 ).截留率: 将0. 1% 的蛋白溶液用U V 2120202 型可见- 紫外分光光度计在最大吸收波长(280 nm ) 下, 先测定原液浓度为100% (C0 ) 然后测定透过液浓度(C p) , 按下式计算截留率R :R = (1 - C pƒC 0 ) r 100%2 结果与讨论211 聚氯乙烯粉末的等离子改性在以前的研究工作中我们发现 2 利用等离子体照射聚氯乙烯膜时, 在膜表面引入了含氧基团, 使膜表面的亲水性得到改善, 但与此同时, 膜表面的致密层很容易被破坏, 因此我们想到用相同的办法对聚氯乙烯粉末进行等离子改性, 然后制膜以改善膜的整体性能.在处理条件选择过程中, 采用电晕和辉光放电两种方法对PV C 粉末进行改性. 其中电晕邢丹敏等: 改性聚氯乙烯超滤膜的研究 (¦ ) —— 共混改性膜性能的研究 第 2 期 ·47· 放电是在常压下用空气作为工作气体, 而辉光放电是在一定的真空度下以纯氧气作为工作气 体. 具体的实验条件如表 1 所列. 从实验现象上看, 1# 基本没发生变化, 仍为白色粉末, 而 2# 和 3# 样品颜色发生了变化, 尤其是 2# 颜色变化很明显.表 1 等离子体处理 PV C 粉末条件选择 编号处 理 条 件 实验现象 1#电晕: 工作电压 8 000 V , 频率 2 000 H z 照射时间 1 m in 辉光: 输入功率 60 W , 预抽气压 1. 33 P a 照射时间 5 m in , 工作气压 26. 66 P a 辉光: 输入功率 40 W , 预抽气压 1. 33 P a 照射时间 2 m in , 工作气压 26. 66 P a 白色 2#黄色 3# 浅黄色另外, 我们对改性的 PV C 粉末作了红外谱图分析 (图 2) , 其中 0# 样品是未经等离子体照射的 PV C 粉末, 可以看到, 1# 和 2# 基本相同, 说明分子结构并未发生变化, 这是由于电晕方法 的强度比较弱, 不足以使 PV C 分子链上发生化学反应, 而经过辉光放电等离子体处理的 2# 和 3# 样品, 明显有 1 721cm - 1 峰出现, 这是羰基峰的伸缩振动峰, 由此而说明分子链上带上了含 氧基团 3 .由于在等离子体处理过程中, PV C 样品只是人为地铺展在样品台上, 样品的厚度、均匀性 只能近似的估计, 而等离子体照射只能引起表面物质发生变化, 所以每次处理的样品只有一部 分得到改性 1 我们取样检验时, 只能混合均匀后再取样, 因此可以认为它是一种混合物, 很难 定量地说明它的变化情况, 从红外谱图上我们只能定性地说明有部分 PV C 分子链经等离子体O照射后生成羰基 ( —— ) 或 (—C O O H ) 基团. 图 2 等离子体处理前后 PV C 粉末的红外光谱图212 制膜条件及膜性能的研究从以上的研究我们知道, 经等离子体照射的聚氯乙烯实际上是下列两种物质的混合物:·48· 膜 科 学 与 技 术 第 16 卷C l C lO _ CH 2 —CH β _ CH 2 —CH β n ′_ CH 2 —C β n 和 n ″或 ƒ和 —CH 2 —C O O H利用这种混合物作为膜材料, 由于材料本身增加了含氧基团, 分子间作用力增强, 同时亲水性 得到改善 1 水在膜表面的接触角由原来的 77°减小到 64°. 这些变化对制备较小孔径、水通量较 大的膜是非常有利的.另外, 对于同一种膜材料制成的超滤膜, 由于不同的制备工艺和工艺参数, 其性能也可能会有很大的差别 4 . 我们在固定制膜液组成, 改变蒸发温度、蒸发时间、真空度和凝胶浴温度的情况下制膜. 考察这些因素对膜性能的影响, 发现对纯水通量影响最大的是蒸发温度和蒸发时 间, 而蒸发温度和凝胶浴温度又是影响截留率的主要因素. 综合以上分析我们使用等离子体改 性的 PV C 粉末进行制膜, 主要考察了蒸发温度和凝胶浴温度的影响, 实验结果见图 3、图 4.图 3 蒸发温度对膜性能的影响真空度: 0. 08 M P a ; 蒸发时间: 5 m in ; 测试压力: 0. 3 M P a 图 4 凝胶浴温度对膜性能的影响 真空度: 0. 08 M P a , 蒸发时间: 5 m in ; 测试压力: 0. 3 M P a 从图中我们可以看到, 欲想得到较致密的超滤膜, 采用的手段应该是升高蒸发温度, 同时 降低凝胶浴温度, 对于改性的 PV C 制得的膜, 最佳成膜条件可以选为:蒸发温度: 60 ‴; 凝胶浴温度: 4 ‴; 真空度: 0. 08 M P a ; 蒸发时间: 5 m i n .根据这些参数制得的膜, 其纯水通量为 960 L ·m - 2 ·h - 1 , 截留分子量为 45 000.213 用二聚异丁烯2马来酸酐共聚物改性 PV C 膜的研究二聚异丁烯2马来酸酐共聚物是一种包含极性和非极性两部分的聚合物, 结构式如下:CH 3 CH 3CH 2 —C —CH 2 —C ——CH —CH χ CH 3 CH 3 C CO O O n其中的二聚异丁烯是极性较差的部分, 它与 PV C 的相容性较好, 酸酐是很好的亲水性基团, 所 以这种共聚物既能与 PV C 相容, 又能很好地改善材料的亲水性 (如图 5).邢丹敏等: 改性聚氯乙烯超滤膜的研究 (¦ ) —— 共混改性膜性能的研究 第 2 期 ·49·我们将此共混物用前述相同的制膜条件制备超滤膜, 结果如表 2 所列. 从这些数据可以看出, 共聚物的加入能使膜的水通量增大, 同时截留率也有所提高,但后者的变化幅度不大, 这也说明成膜条件对膜结构起着重要的作用. 在成膜条件一定的情况下, 亲水性成分的加入主要是提高膜的渗透能力.利用二聚异丁烯2马来酸酐共聚图 5 共混物中二聚异丁烯2马来酸酐共聚物 (A )含量对水在膜表面接触的影响 与 PV C 共混也能达到改性的目的, 制备出纯水通量 900~ 1 100 L ·m - 2 ·h - 1 , 截留分子量 45000 的超滤膜.表 2 共混聚合物膜的性能F (L ·m - 2 ·h - 1 ) 编号A (w t ) % R 67 000 (% ) R 45 000 (% ) R 25 000 (% ) 01234 05 10 20 30 570 900 1 020 1 110 1 170 97 100 100 100 99 85 96 95 96 96 51 80 77 79 77注: A (w t ) % 为二聚异丁烯2马来酸酐共聚物在共混物中的重量百分含量, 测试压力 0. 3 M P a .3 结论1) 利用辉光放电法产生的氧等离子体照射聚氯乙烯, 能够有效地使聚合物分子链带上含 氧基团, 聚合物的亲水性得到明显的改善.2) 利用改性的 PV C ( 共混物) 制膜, 发现蒸发温度和凝胶浴温度是影响膜性能的主要因 素. 在蒸发温度为 60 ‴, 凝胶浴温度为 4 ‴, 真空度 0. 08 M P a 下蒸发 5 m i n , 得到的膜纯水通 量为 960 L ·m - 2 ·h - 1 (测定压力为 0. 3 M P a ) , 对分子量为 45 000 的物质分离率可达 95% 以 上.3) 将二聚异丁烯2马来酸酐共聚物与 PV C 共混能够很好地改善材料的亲水性. 也可以用 此共混物制得纯水通量为 900~ 1 100 L ·m - 2 ·h - 1 (0. 3 M P a 下) 截留分子量 45 000 的超滤参 考 文 献1 D o u g l a s R L lo g o l, T i m o t h y , B M e l uch . M a t e r i a l sc i en ce o f syn th e t i c m em b ran e,W a s h in g t o n , A m e r i canC h e m ica l S o c i e t y, 1985, 69~ 70 2 邢丹敏, 武冠英, 胡家俊. 改性聚氯乙烯超滤膜的研究 (I ) —— 等离子体改性膜结构和性能的研究. 膜科学 与技术, 1996, 16 (1) : 49王正熙. 聚合物红外光谱分析和鉴定. 成都: 四川大学出版社, 1989R o b e r t E Ke s t i n g . Syn th e t i c p o lym e r i c m em b ran e s. 1985, 29 3 4·50·膜科学与技术第16 卷)Study on the m od if ied P V C UF m em bran e(¦Study on the perf o rm an c e of the blen d m od if ied m em bran eX in g D a n m in(D a li an In s t i tu te o f C h e m i ca l p h y s i c s, D a li an 116012)W u G u a n y in g(B e i ji n g U n i ve r s ity o f C h e m i ca l T ech n o l o g y, B e iji n g100029)H u J iaj u n(B e i ji n g Po ly t ech n i c U n i ve r s ity, B e iji n g100022)A bs tra c t PV C is b l en d ed w ith PV C pow de r t r ea t ed b y O 2 2p la s m a. C a rbo x y l g ro u p a re fo rm ed i n th e m o lecu l a r ch a i n s. T h e op t i m a l t rea t m en t co n d it i o n s a re: i np u t pow e r40 W , t rea tm en t t i m e 2 m i n s, p rep re s su re 1. 33 P a , an d op e ra t i n g2p re s su re 26. 66 P a. T h e w a t e r f lu x o f th e u lt raf ilt ra t i o n m em b ran e p rep a red b y th e b len d i n g o f th em is 960 L ·m - 2 ·h - 1 , an d it s re j ec t i o n M W is 45 000. T h e m em b ran e o f th e b l en d o f PV C an d a l te r n a t i n g copo lym e r o f d i iso b u t y l en e2m a le i c an h y d r i de can a lso ea s ily a t t a i n th e abo v e m en t i o n e d sp e c i f i ca t i o n s. Key word s po lyv i n y l ch l o r i de u lt raf i lt r a t i o n m em b ran e p la s m a b l en d m o d ify。

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滤 膜 蛋 白质 污 染 方 面 的 贡献 突 出l 4 ] 。P MMA 与 P S 、
P M
1 5



7 9
P VDF间不 确定 的相 容 性 质 , 会 造 成 超 滤 膜 结 构 与 性
质 的丰 富变 化 。而 P VP共 混 P VD F超 滤膜 有 致 密 皮
ห้องสมุดไป่ตู้
2 . 2 . 2 凝 胶 点
层 以及指 状 大 孔 结 构 , 能 较 好 地 改 善 膜 渗 透 性 能 ] 。 但相 关研 究报 道 中少有 涉及 多元 聚合 物共 混 对 P V DF 超滤 膜相 转化 过 程 和 膜 结 构 的影 响 分 析 , 本 文 以沉 淀
相转 化法 制备 P VP 、 P VA 和 P MMA与 P VD F / D MAc
MA 共 混 P VD F铸 膜 液 的 粘度 和 凝 胶 点 升 高 , 导 致 延 迟分相 并 减缓 了相 分 离及 固化 速 度 , 膜 内部 大 孔 和 海 绵结 构相 互 贯 穿 , 膜 亲 水 性 较 好 。P VP和 P MMA 共 混P VD F体 系发 生 瞬 时分 相 , 液一 液 分相 与 液一 固分相 同 时并存 , 膜 内部 大 孔 通 透 , 支撑 层 致 密 , 分 离性 能优
表 1 P VD F膜 的组 成
Ta bl e 1 Com p o s i t i o n of PVDF me mb r a ne s
膜 P VDF P M M A PVA PVP Li C1 DM Ac
文章 编号 : 1 0 0 1 — 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 6 6 0 — 0 5
摘 要 : 根 据铸 膜 液粘度 、 凝 胶 点温度 及 相 转化 动 力 学行 为 , 结合 S E M 和 AF M 技 术 及 泡点 压 力 、 亲 水接
2 实 验
2 . 1 原 料 和 试 剂
触 角等检 测 手段 , 考察 了 P VD F / D MAc体 系 中 , 共 混 添加 P VA、 P MMA、 P VP及 其组 合 对 相 转化 进 程 及 膜 结构参 数 和 性 能 等 的影 响 。 结 果 显 示 , P VA 和 P M—
凝 胶点 定义 为 恒定扭 矩下 铸膜液 粘 度发 生 突 变 的
温度 _ 6 ] : 实验测试从 2 0 ~8 O ℃ 间 铸 膜 液 的粘 度 变 化 ,
粘度 突变 点温度 变化 间 隔 1 。 C。 2 . 3 共混 超滤 膜成 膜动 力学 过程分 析 按 表 1配 比配 制 匀 质 铸 膜 液 , 6 0 ℃ 恒 温静 置 2 4 h
文献标 识码 : A
中 图分类 号 : T B 3 8 3
膜 依次 命 名 为 : P、 P A、 P M、 P P 、 P AM 、 P P M, 混 合 物 经 6 0 。 C加热 搅 拌 2 4 h , 得 匀 质铸 膜 液 , 在 DV一 1 I+P旋 转 粘 度仪 上测定 不 同配 比聚合 物共 混溶 液 的粘 度 : 6 0 C; 7 转子 ; 转速 为 2 0 r / mi n ; 扭矩为 4 5 %~5 5 。
聚偏 氟 乙烯 ( P VDF , s o l d, 6 0 2 0 , 比利 时 苏 威 ) ; 聚
乙烯 醇 ( P VA, 1 8 ~9 9 , S i g ma ) ; 聚 甲基 丙 烯 酸 甲酯 ( P MMA, C 1 4 O , S i g ma ) ; 聚 乙烯 吡 咯烷 酮 ( P VP, K3 0 , 德国 B AS F ) ; N, N一 二 甲基 乙 酰胺 ( DMAe , AR) , 氯 化 锂( L i C 1 , AR) , 无 水 乙醇 ( A R) , 天 津科 密欧 ; 牛血清 白 蛋 白( B S A, Mw 一6 7 0 0 0 , 上 海 蓝季 ) ; 去离 子水 , 西 安 交

曹 孝

2 O l 3 年第5 期( 4 4 ) 卷
多元 共 混 P VDF超 滤 膜 的 结构 和 性 能研 究
孟 晓 荣 , 张 海珍 , 黄 丹 曦。 赵 亮 , 王 磊 , 王旭 东

西 安建 筑科技 大学 环 境工 程学 院 , 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) ( 1 . 西安 建筑科 技 大学 理 学 院 , 陕西 西 安 7 1 0 0 5 5 ; 2 .
1 引 言
多元 共混 聚合 物 溶 液 体 系 中 , 各 物 质 问 的 相 容 性
差异 导致 铸膜 液 热 力 学性 质 发 生 变 化 , 决 定 并 影 响 共 混体 系 的相转 化 成 膜 过 程 、 膜形貌结构与性能_ 】 ] 。聚
乙烯 醇 ( P VA) 、 聚 乙烯 吡 咯烷 酮 ( P VP ) 和 聚 甲丙 烯 酸 甲酯 ( P MMA) 是 3种 性 质不 同 的亲 水性 聚 合 物 材 料 ,
P P P PA PAM
PP M
1 8 1 5 1 5 1 5
1 5
j | f 3

f / 3 3 f
f 3 : /

3 3 3

7 9 7 9 7 9 7 9
7 9
可作 为添 加 剂 用 于改 善 P VD F超 滤 膜 的结 构 特 征 和 性f l l  ̄ E ] 。P VA 良好 的成 膜性 和强 亲 水 特性 在改 善 超
大水 工作 室 。 2 . 2 共 混超 滤膜 粘度 及凝 胶点 温度 测定
2 . 2 . 1 粘 度
良。P MMA 能有 效 改善 三元 共混膜 表 面的粗 糙行 为 。
关键 词 : P VDF超 滤 膜 ; 共混 ; 相转化 ; 膜 结构 ; 膜 性

P VD F及其 共 混铸 膜 液 组 成 与配 比见 表 1所 列 ,
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