表面化學(xué)接枝以及SI-ATRP接枝對(duì)多孔膜的改性研究.pdf

1、隨著膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)膜材料性能的要求越來越高,通過控制膜的親水性、荷電性、抑菌性等來提高膜的抗污染性能和分離效率是目前研究的熱點(diǎn)。而在眾多膜材料改性方法中,表面改性被證明是一種簡便、實(shí)用的改性方法,它在保持原材料性能的前提下,對(duì)膜的表面進(jìn)行修飾以滿足特定分離場合的要求。本論文采用了幾種功能性單體,利用表面化學(xué)接枝和表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(Surface-initiated atom transfer radical poly

2、merization,SI-ATRP)的方法,對(duì)多孔膜進(jìn)行了表面改性,旨在為后期新膜開發(fā)奠定實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
　　 具體研究內(nèi)容如下:
　　 1.利用表面化學(xué)接枝法對(duì)醋酸纖維素微濾膜進(jìn)行聚電解質(zhì)接枝改性。首先以丙烯酰胺(acrylamide,AM)和對(duì)苯乙烯磺酸鈉(sodium4-styrenesulfonate,SSS)為原料,采用水溶液法進(jìn)行自由基共聚,合成了陰離子聚丙烯酰胺。實(shí)驗(yàn)考察了兩種單體配比和引發(fā)劑濃度對(duì)聚合

3、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和共聚物特性黏數(shù)的影響,結(jié)果表明,原料中AM含量增大時(shí)單體轉(zhuǎn)化率提高,共聚物的特性黏數(shù)降低；引發(fā)劑用量增大時(shí)單體轉(zhuǎn)化率提高,共聚物的特性黏數(shù)降低。然后以甲苯二異氰酸酯為交聯(lián)劑,將合成的陰離子聚丙烯酰胺接枝到醋酸纖維素微濾膜上制備了聚電解質(zhì)改性的醋酸纖維素超濾膜。實(shí)驗(yàn)研究了聚電解質(zhì)濃度、交聯(lián)劑濃度、交聯(lián)時(shí)間和交聯(lián)反應(yīng)溫度對(duì)接枝率和膜分離性能的影響,結(jié)果表明,聚電解質(zhì)的表面接枝使膜孔徑變小,使平均孔徑為0-1μm的微濾膜成為可以截

4、留葡聚糖(分子量50萬)的超濾膜；改性后的膜對(duì)溶液pH值和離子強(qiáng)度具有一定的響應(yīng)性,改性膜的水通量隨溶液pH值的減小而增大,隨溶液中離子強(qiáng)度的提高而增大。
　　 2.以丙烯酰胺為功能單體,利用SI-ATRP法接枝改性氯甲基聚砜膜。通過衰減全反射紅外光譜和X-射線光電子能譜對(duì)接枝前后膜表面化學(xué)組成的分析表明AM成功接枝到膜表面上；利用場發(fā)射掃描電鏡和比表面分析儀對(duì)接枝前后膜表面形貌進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn),SI-ATRP接枝聚合物主要分布在膜

5、的表面上,接枝前后膜的平均孔徑、比表面和孔容的變化不大。在保持聚合物接枝密度0.08 chains/nm2的條件下,改性膜的接觸角隨聚合時(shí)間增加而線性減小,即膜的親水性隨聚合時(shí)間增加而線性增大。通過控制聚合反應(yīng)時(shí)間來控制膜的親水性,這對(duì)后期進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 3.以4-乙烯基吡啶為功能單體,利用SI-ATRP方法接枝改性氯甲基聚砜膜,然后絡(luò)合銅離子提高膜的抑菌性能。動(dòng)力學(xué)研究證明了接枝反應(yīng)是可控聚合,聚合物的接

6、枝密度達(dá)到0.45 chains/nm2。改性膜上平均4個(gè)吡啶官能團(tuán)絡(luò)合1個(gè)銅離子,抑菌實(shí)驗(yàn)表明,接枝反應(yīng)5小時(shí)后的CMPSF-g-P4VP膜(銅含量0.65 wt％)對(duì)大腸桿菌的抑菌性為71.8％,該接枝膜進(jìn)一步與銅離子絡(luò)合(銅含量2.49wt％)后抑菌性達(dá)到100％?？梢酝茢?該改性方法有望提高膜的抗生物污染能力。
　　 4.利用4-乙烯基吡啶改性的中空纖維膜固載磷鎢雜多酸制備了催化膜。利用各種表征手段對(duì)接枝前后膜的化學(xué)組成