聚氯乙烯和聚丙烯腈納米纖維復(fù)合超濾膜的制備及性能研究.pdf

1、目前，商業(yè)超濾膜主要由相轉(zhuǎn)化法制備，通常存在膜阻力大、通量低、污染現(xiàn)象嚴重等問題。本文著眼于降低膜阻力和提高膜通量，提出一種高分子納米纖維復(fù)合膜的制備方法。它以冷凍-萃取技術(shù)由高分子極稀溶液制備高分子納米纖維溶液，隨后在微濾基膜上制備納米纖維分離層，組成高通量的超濾膜。本文以聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯腈(PAN)兩種高分子膜材料為例研究高分子納米纖維的形成原理及制備工藝，超濾膜的制備工藝、結(jié)構(gòu)、分離性能及其構(gòu)-效關(guān)系。主要研究內(nèi)容如下:

2、
　　(1) PVC納米纖維及其復(fù)合超濾膜的制備與性能研究?？疾炝巳軇?、溫度和PVC濃度對PVC納米纖維形成和結(jié)構(gòu)的影響，測試了復(fù)合膜的超濾性能和吸附性能，探究了復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)與分離性能間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明:溶劑是影響PVC納米纖維形成的主要影響因素，通過選擇溶劑可獲得直徑為45 nm的PVC納米纖維。制備的納米纖維分散在乙醇溶液中，經(jīng)過濾技術(shù)可在微濾基膜上形成厚度均一的納孔分離層，組成PVC納米纖維復(fù)合膜。分離層的厚度和孔隙率均

3、隨納米纖維溶液體積增加而線性增大，前者在360～1055nm范圍內(nèi)可控、后者高達63％。較之商業(yè)超濾膜，制備的PVC納米纖維復(fù)合膜呈現(xiàn)高的滲透性，其水通量高達6.61×103 L m-2 h-1 bar-1，且對Ferritin具有較好的截留效果。此外，該膜可快速、高效的吸附染料亞甲基藍(MB)，其吸附容量可達76 mg g-1。
　　(2)PAN納米纖維及其復(fù)合超濾膜的制備與性能研究。基于PVC納米纖維的實驗結(jié)果，系統(tǒng)考察了三種

4、溶劑對PAN納米纖維及其復(fù)合膜的形成、結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明:三種溶劑可制備結(jié)構(gòu)差異較大的PAN納米纖維溶液，其巾DMSO為溶劑可獲得珠鏈狀的PAN納米纖維;三種溶劑制備的納米纖維溶液均可在微濾基膜上制備厚度低至100nm、孔徑約10nm的分離層，組成高性能PAN納米纖維復(fù)合膜，其分離層的厚度可經(jīng)納米纖維溶液的過濾體積精確調(diào)控。這些PAN納米纖維復(fù)合膜具有好的滲透性，其純水通量可達2.07×103 L m-2 h-1 bar

5、-1，且對5nm金納米粒子和Ferritin具有優(yōu)異的截留效率。例如，厚度為301nm的復(fù)合膜的截留孔徑小于5 nm，對5nm Au和Ferritin截留率分別為98％和99％。
　　(3)為了進一步降低PAN納米纖維復(fù)合膜的截留孔徑，在PAN分離層的基礎(chǔ)上再沉積了一層交聯(lián)Ferritin超薄層，構(gòu)成高通量復(fù)合膜。重點考察了Ferritin超薄層厚度對復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，測試了復(fù)合膜的分離性能并探究了其構(gòu)-效關(guān)系。實驗結(jié)果表明

6、:PAN納米纖維/Ferritin復(fù)合膜具有較好的滲透性，純水通量可達512 Lm-2 h-1 bar-1。和PAN納米纖維膜相比，該復(fù)合膜對DY具有良好的截留性能，最高可達68％。
　　綜上所述，本文開發(fā)一種簡單的高分子納米纖維溶液的制備方法，成功制備了PVC和PAN納米纖維;并以這些納米纖維為材料制備了PVC納米纖維、PAN納米纖維和PAN納米纖維/Ferritin三種高滲透性復(fù)合超濾膜。這些膜具有通量高、污染低、過濾阻力小等