聚偏氟乙烯與納米二氧化鈦復(fù)合超濾膜的研制.pdf

1、膜工藝是21世紀(jì)飲用水處理的優(yōu)先發(fā)展技術(shù)之一，超濾膜技術(shù)與常規(guī)水處理工藝結(jié)合使用，可以有效地去除水體中的污染物。我國超濾膜的品種和質(zhì)量與國際水準(zhǔn)相比有一定的差距，而且由于成本問題還未能在水廠推廣使用。因此，對超濾膜的研究有著重大的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　超濾膜的優(yōu)先研究方向是提高膜的抗污染性能和降低成本。聚偏氟乙烯（PVDF）雖然價(jià)格昂貴，但熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性很好。納米材料被公認(rèn)為重點(diǎn)發(fā)展的新型材料之一。本課題選擇 PVDF和納米

2、 TiO2作為超濾膜材料，以期研制出抗污染性能較好的水處理用超濾膜。探討了鑄膜液組成及制備條件對膜性能和結(jié)構(gòu)的影響，并采用現(xiàn)代儀器分析手段對膜的表面、截面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和分析。
　　PVDF超濾膜的固相含量以14％～18%為宜。在前人研究的基礎(chǔ)上，著重研究了鑄膜液中無機(jī)添加劑 LiCl的濃度（w(LiCl)）較低時(shí)對PVDF膜性能和結(jié)構(gòu)的影響。在實(shí)驗(yàn)條件下，w(PVDF)為16%，w(LiCl)為0.05%時(shí)，所得PVDF膜

3、最薄，有最低的水通量（F）和水通量衰減系數(shù)（m），以及最高的對牛血清白蛋白（BSA）的截留率（R）。w(LiCl)小于0.05%時(shí), F和m隨著w(LiCl)的增加而減小，R則增加。w(LiCl)大于0.05%時(shí)，F(xiàn)和m則隨著w(LiCl)的增加而增加，R則有所降低。PAN超濾膜有同樣的現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)條件下，w(PAN)為18%，w(LiCl)為1%時(shí)，所得PAN膜最薄，F(xiàn)值和m值最低，R值最大。
　　有機(jī)添加劑聚乙二醇（PEG）起

4、致孔作用。然而，當(dāng)w(PEG)為6%時(shí)，所得PVDF膜的水通量僅比無添加劑的PVDF膜的水通量增加20%左右。PEG和LiCl的協(xié)同作用優(yōu)于它們單獨(dú)使用的效果，但是膜的表面粗糙度增加。
　　PVDF–TiO2復(fù)合超濾膜表面比PVDF超濾膜表面更致密。在無機(jī)和有機(jī)添加劑的協(xié)同作用下，復(fù)合超濾膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和傳質(zhì)性能都有所改善。雖然PVDF–TiO2復(fù)合超濾膜的水通量沒有明顯增加，但截留率得到提高，即膜的抗污染能力增強(qiáng)。儀器分析表明，T

5、iO2包埋在PVDF膜中，強(qiáng)化了PVDF分子的結(jié)晶，小粒徑的納米TiO2粒子對PVDF膜性能和結(jié)構(gòu)的改善更顯著。缺點(diǎn)是，TiO2納米粒子在鑄膜液中易發(fā)生團(tuán)聚和沉積。
　　首次從膠體的角度分析了鑄膜液中各組成在高分子成膜過程中的作用機(jī)理。根據(jù)DLVO理論，鑄膜液中低濃度的LiCl壓縮高分子的溶劑化層，減小高分子間的排斥力，所得膜較為致密；高濃度的LiCl使高分子鏈發(fā)生電性反轉(zhuǎn)，溶劑化層增厚，增加了高分子之間的排斥力，所得膜較為疏松。