PVDF膜的新水改性及抗污染性能研究.pdf

1、聚偏氟乙烯(PVDF)是一種有著極好機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和成膜性的聚合物,是制備超濾或微濾分離膜的優(yōu)良原料。但是,PVDF的強(qiáng)疏水性使這種膜用于處理水溶液時(shí),存在以下兩個(gè)問(wèn)題:一是膜對(duì)水的滲透阻力大,因此操作時(shí)需較高的工作壓力;一是膜在使用過(guò)程中,容易受到蛋白質(zhì)的吸附污染導(dǎo)致滲透通量的急劇下降。對(duì)PVDF膜進(jìn)行親水改性是解決上述弊端,提高膜的通量,降低膜的污染、延長(zhǎng)膜的使用壽命的主要方法,使其更適應(yīng)于生化、醫(yī)藥、凈水等領(lǐng)域的使用。

2、>　　 本論文研究了通過(guò)表面接枝改性提高PVDF膜親水性的方法。由于PVDF分子的化學(xué)鍵能高,表面接枝需要很高的能量。為此,我們采用了一種先共混再接枝的方法。首先選用少量光活性聚合物PES與PVDF共混制膜。然后通過(guò)表面紫外輻照接枝反應(yīng),在PVDF/PES共混膜表面接枝親水性強(qiáng)的單體。如N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)和2-丙烯酰胺基-2甲基丙基磺酸(AMPS)。論文采用DMA、ATR-FTIR、表面接觸角測(cè)定儀、EDS、SEM等方

3、法系統(tǒng)研究了用上述方法對(duì)PVDF膜進(jìn)行改性的效果,及表面性能和形態(tài)的變化。論文通過(guò)測(cè)定改性前后膜對(duì)BSA的靜態(tài)吸附以及膜對(duì)水和BSA溶液的超濾性能系統(tǒng)的研究了接枝反應(yīng)對(duì)膜的抗污性能的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)PES的含量在鑄膜液中低于0.5％時(shí),制得的膜的機(jī)械性能沒(méi)有發(fā)生變化。通過(guò)在PVDF膜中共混少量PES的方法制成的膜容易在能量較低紫外光源輻照下在表面發(fā)生接枝反應(yīng)。親水性單體的接枝率隨著接枝時(shí)間的增加而增加,膜的接觸角也同步下降,表明改

4、性后膜表面的親水性有顯著改善。膜對(duì)BSA靜態(tài)吸附的結(jié)果表明,通過(guò)接枝改性后的膜對(duì)蛋白質(zhì)的吸附量明顯減小,說(shuō)明改性膜對(duì)蛋白質(zhì)的抗污染能力有明顯提高。超濾的結(jié)果表明,接枝改性的PVDF膜的性能相對(duì)比較穩(wěn)定,其純水通量只需通過(guò)簡(jiǎn)單清洗即能大部恢復(fù)。改性膜顯示出更強(qiáng)的抗污染能力。例如,用光強(qiáng)為3.44 mW/cm2的紫外光源,在5％NVP溶液中接枝改性7分鐘的PVDF/PES膜,其水接觸角從74°下降到37°,膜對(duì)BSA的吸附量從159±2μg

5、/cm2下降為19±2μg/cm2。與未改性PVDF膜相比,PES/PVDF接枝改性膜在相同的測(cè)試條件下,其受蛋白質(zhì)污染的程度減少了66％,經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗之后水通量恢復(fù)率提高了32％。
　　 本論文還研究了通過(guò)紫外輻照接枝改性的方法制備荷正電納濾膜的方法。提出該課題的主要思路是由于荷負(fù)電納濾膜在處理高價(jià)陽(yáng)離子鹽溶液時(shí)會(huì)出現(xiàn)截留率下降的現(xiàn)象。荷正電納濾膜的制備是通過(guò)紫外輻照接枝的方法將一定量的對(duì)氯甲基苯乙烯單體接枝到膜表面使形成納濾

6、膜,然后通過(guò)季銨化反應(yīng),和鹽酸處理使形成荷正電的季銨離子。研究結(jié)果表明,用上述方法制成的膜顯示荷正電納濾膜的性能。通過(guò)延長(zhǎng)接枝時(shí)間和增加輻照強(qiáng)度可以使膜的接枝率得到提高。同時(shí)隨著接枝率的提高和季銨化程度的增加,膜的表面接觸角也有了顯著的下降。對(duì)膜的納濾性能測(cè)試表明,此方法制備的膜在處理高價(jià)陽(yáng)離子時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)異的納濾性能。例如,當(dāng)光強(qiáng)度為3.44 mW/cm2時(shí),接枝10min的膜對(duì)MgCl2的截留率達(dá)到70％,對(duì)NaCl的截留率為39％