可聚合離子液體共聚物與聚偏氟乙烯共混多孔膜的構(gòu)建及其抗污染性能研究.pdf

1、膜分離技術(shù)是一種高效的流體分離技術(shù)，在環(huán)保、食品、醫(yī)藥、化工、能源等各領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，膜技術(shù)具有節(jié)能、操作簡單、投資少、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是，目前使用的膜材料大部分是疏水性材料，所以在應(yīng)用過程中容易被污染，從而縮短膜使用壽命，因此對(duì)膜進(jìn)行功能化改性具有重要意義。
　　近年來，離子液體作為一種新型荷電、可設(shè)計(jì)性的反應(yīng)單元，對(duì)構(gòu)建荷電、親/疏水可控膜材料具有重要意

2、義，該領(lǐng)域的研究也逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。本論文以可聚合離子液體和甲基丙烯酸甲酯為反應(yīng)單體，合成了兩親性離子液體無規(guī)共聚物P(MMA-co-BVIm-Br)和嵌段共聚物P(MMA-b-MEBIm-Br)，并將其作為改性劑對(duì)聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)進(jìn)行共混改性，以提高膜的親水性和抗污染能力，主要研究內(nèi)容如下:
　　通過自由基聚合法合成兩親性聚離子液體無規(guī)共聚物P(MMA-co-BVIm

3、-Br)，采用傅里葉變光紅外光譜(Fourier transforminfrared spectrometer，F(xiàn)TIR)、核磁共振(1H Nuclear magnetic resonance，1 H-NMR)1H-NMR、熱失重(Thermal gravimetric analysis，TGA)和滲透凝膠色譜(Gel permeation chromatography，GPC)等方法對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。將合成的P(MMA-c

4、o-BVIm-Br)作為改性劑與PVDF共混，并通過浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法制備P(MMA-co-BVIm-Br)/PVDF共混膜。采用FTIR、掃描電鏡(Scanning electron microscopy with fieldemission equipped with energy dispersive spectrometer, SEM-EDS)、接觸角測(cè)定儀和zeta電位儀對(duì)共混膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明改性后的膜是親水性的

5、荷正電膜。純PVDF膜M0初始接觸角為91°，當(dāng)共聚物添加量為4％時(shí)，初始接觸角為75°。為實(shí)現(xiàn)膜表面親/疏水性的可控調(diào)節(jié)，對(duì)共混膜進(jìn)行對(duì)陰離子交換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膜的初始接觸角由75°變?yōu)?02°。共混膜蛋白質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溶液pH低于卵清蛋白(Ovalbumin，OVA)分子等電點(diǎn)(Isoelectric point，pI)時(shí)，共混膜對(duì)OVA截留率可達(dá)到93.3％，膜通量恢復(fù)率達(dá)到91.8％。染料吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，共混膜對(duì)橙黃G的吸附量

6、和去除率可以達(dá)到27.51μg/cm2和99.05％。
　　通過可逆-加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移法(Reversible addition-fragmentationchain transfer radical polymerization, RAFT)法合成兩親性聚離子液體嵌段共聚物P(MMA-b-MEBIm-Br)，采用FTIR、1H-NMR和GPC等方法對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，并用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法制備P(MMA-b-MEBIm-B

7、r)/PVDF共混膜。研究發(fā)現(xiàn)，共混膜靜態(tài)接觸角由純PVDF膜的100.6°降低為80°，水通量由0 L/m2·h增加到342.8L/m2·h，共混膜表現(xiàn)出了較好的親水性能。為實(shí)現(xiàn)膜表面親水性的可控調(diào)節(jié)，對(duì)共混膜進(jìn)行對(duì)陰離子交換，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（以B3為例）:將膜用Br-與PF6-進(jìn)行交換后，靜態(tài)接觸角由61°變?yōu)?03.6°，再將膜用PF6-與Br-進(jìn)行交換，靜態(tài)接觸角由103.6°恢復(fù)到63°，膜的親/疏水性實(shí)現(xiàn)了可逆調(diào)控。蛋白質(zhì)分離

8、結(jié)果表明:當(dāng)pH=3.6時(shí)，共混膜對(duì)BSA(Bovineserum albumin，BSA)和OVA的截留率分別達(dá)到93.6％和94.1％，通量恢復(fù)率分別達(dá)到94.8％和90.4％;pH=6.5時(shí)，共混膜對(duì)LYZ的截留率和通量恢復(fù)率分別為87.6％和92.3％，膜表現(xiàn)了良好的抗污染性能。共混膜染料吸附分離實(shí)驗(yàn)表明:離子交換前共混膜對(duì)橙黃G的吸附量和吸附去除率分別為27.64μg/cm2和99.5％，對(duì)羅丹明6G的截留率和通量恢復(fù)率分別為

9、56.8％和92.7％;共混膜表面對(duì)陰離子Br-被PF6-交換后，共混膜對(duì)橙黃G的吸附量和吸附去除率分別為25.84μg/cm2和93％，對(duì)羅丹明6G截留率和通量恢復(fù)率分別為60.5％和77.9％。
　　以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加聚離子液體共聚物后，膜的親水性和抗污染性均得到明顯提高，而且所制備的膜具有一定的離子敏感性能，通過對(duì)陰離子交換，膜表面的親/疏水性可實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)控。兩種共混膜分離性能和抗污染性能相比，嵌段共聚物改性的PVDF共混