改性聚偏氟乙烯分離膜的制備和性能研究.pdf

1、聚偏氟乙烯（Poly(vinylidene fluoride），PVDF）是一種被廣泛使用的半結(jié)晶性聚合物，擁有優(yōu)異的抗腐蝕性、耐熱性、耐老化性、耐輻射性和化學(xué)穩(wěn)定性，并且擁有比較好的力學(xué)性能和良好的成膜性，因此被廣泛的應(yīng)用在水處理膜材料領(lǐng)域。但是PVDF膜由于表面能低導(dǎo)致?lián)碛袠O強的疏水性，這使得PVDF膜在水處理過程中需要更大的驅(qū)動力并且更容易被污染，降低了膜的使用壽命，增加了運營成本。因此亟需采用有效的改性方法，改善膜的親水性能并賦

2、予分離膜的特殊功能性。本文主要探討了PVDF膜的制膜工藝，采用原位聚合交聯(lián)和表面改性兩種方法對PVDF膜進行改性，探討了改性工藝對膜性能的影響，并研究了改性膜對水中常見重金屬銅離子的吸附性能。
　　本文首先以聚偏氟乙烯為原料，N, N-二甲基乙酰胺為溶劑，聚乙烯吡咯烷酮為成孔劑，利用溶液相轉(zhuǎn)化法制備聚偏氟乙烯微孔膜，通過改變鑄膜液濃度，成孔劑添加量，凝固浴溫度等工藝條件對膜的表面和斷面形貌以及水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率等性

3、能進行了研究。研究結(jié)果表明：鑄膜液濃度從11％提高到20%，PVDF膜的孔隙率呈下降趨勢，膜表面的孔減少，BSA截留率呈緩慢提高狀態(tài)。成孔劑聚乙烯吡咯烷酮的添加量從0.5%提高到5%，膜的孔隙率，水通量不斷提高，但當(dāng)添加量達到1%，其提高孔隙率和水通量的作用減緩，聚乙烯吡咯烷酮作為水溶性高分子，促進了成膜過程中的分相速率，使得分相過程向液-液分相轉(zhuǎn)變。凝固浴溫度從15℃提高到55℃，隨著溫度的升高，使得成膜過程中的雙擴散速率變快，從而促

4、進分相過程由液-固分相向液-液分相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致PVDF膜的孔隙率增加，水通量增加，BSA截留率下降。當(dāng)鑄膜液濃度為15%，成孔劑聚乙烯吡咯烷酮含量為1%，凝固浴溫度為25℃時，PVDF膜各項性能較為均衡，水通量為172 L/(h·m2)，孔隙率是77.2%，BSA截留率是13.5%。
　　其次采用原位聚合交聯(lián)法將丙烯酸(AA）和乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)共聚物引入到PVDF膜中，PVDF/AA的質(zhì)量比分別為10/0，10/2，1

5、0/3和10/4。研究了改性膜的親水性能，水通量，BSA截留率，力學(xué)性能以及對Cu2+的吸附性能。研究結(jié)果表明：隨著AA和VTES被引入PVDF膜中，膜表面的小孔減少。斷面的指狀孔變少，孔的形狀以海綿狀孔為主。當(dāng)PVDF/AA質(zhì)量比為10/2時，截面的指狀孔含量很少，導(dǎo)致水通量大幅減少，BSA截留率提高。當(dāng)PVDF/AA質(zhì)量比達到10/4時，膜的初始接觸角度從改性前的82.6°下降到改性后的45.4°，膜的親水性能得到改善。當(dāng)采用乙醇萃

6、取48h后，改性膜的初始接觸角度為50°，接觸角的度數(shù)變化不大。說明原位聚合交聯(lián)后AA在PVDF膜中有良好的穩(wěn)定性。PVDF/AA質(zhì)量比為10:2時，改性膜的斷裂強度和斷裂伸長率都有較大的提高。隨著AA含量的繼續(xù)增加，斷裂強度和伸長率都呈下降趨勢，但仍然比未改性的PVDF膜的力學(xué)性能要好。對銅離子吸附性能研究表明，隨著丙烯酸含量增高，改性膜對銅離子的吸附能力越強。改性膜對銅離子的吸附量隨著溶液pH的增高，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)pH為

7、6，聚偏氟乙烯和丙烯酸質(zhì)量比為10/4時，改性膜對銅離子的吸附量達到13.3μg/cm2。對改性膜進行重復(fù)吸附再生研究，經(jīng)過四個循環(huán)后，改性膜的吸附效率仍然在94%以上，說明改性膜有良好的重復(fù)再生性能。
　　最后采用多巴胺(DA)對 PVDF膜表面修飾制得聚多巴胺改性聚偏氟乙烯(PDA-PVDF)膜，再在膜表面接枝聚乙烯亞胺(PEI),制得PEI/PDA-PVDF膜。研究了改性前后，膜表面形貌變化，親水性能以及對 Cu2+吸附性能

8、的影響。具體研究結(jié)果如下：PDA-PVDF膜表面的粗糙度比PVDF膜有所增大，隨著反應(yīng)時間增長，膜表面會有一定的顆粒狀物質(zhì)形成并堵塞一定量的膜孔，當(dāng)反應(yīng)9h時，膜表面能形成 PDA層，并且沒有明顯顆粒狀物質(zhì)。PEI反應(yīng)6h制備的PEI/PDA-PVDF膜和PDA-PVDF膜比較，膜表面的N/O元素比從0.38上升到1.06，說明PEI成功接枝在PDA-PVDF膜表面；在2min內(nèi)接觸角下降的度數(shù)從5°增加到了25°，膜的表面滲透率有較大