聚丙烯微孔膜表面的抗污染性改性研究.pdf

1、聚丙烯微孔膜具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、易于調(diào)控的微孔結(jié)構(gòu)以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的應(yīng)用.然而,由于表面能低和疏水性強(qiáng),在使用過程中容易發(fā)生膜污染現(xiàn)象.為了提高其在浸沒式膜.生物反應(yīng)器(SMBR)中的抗污染性能,本論文采用NH<,3>和CO<,2>2氣體等離子體處理、烯丙基葡萄糖(AG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在膜表面的固定化、丙烯酸(AA),和丙烯酰胺(AAm)在膜表面的紫外光接枝、非離子表面活性劑在膜表面的吸附等方法進(jìn)行表面改

2、性研究.在以上工作的基礎(chǔ)上,對改性膜在SMBR中的動態(tài)抗污染性能進(jìn)行了考察.具體內(nèi)容如下: 通過NH<,3>和CO<,2>氣體等離子體處理聚丙烯微孔膜,在其表面引入含N和O元素的極性基團(tuán),從而實(shí)現(xiàn)了膜表面的親水化改性.采用X.射線光電子能譜(XPS)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征了膜表面的化學(xué)組成和形貌變化,通過接觸角測試了膜表面的親水性.結(jié)果表明,隨NH<<3>等離子體處理壓力的下降,膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率下降、表面親水性提

3、高、膜通量提高.但其表面水接觸角隨放置時(shí)間延長而增大,出現(xiàn)"憎水性回復(fù)"現(xiàn)象.采用C02氣體等離子體處理聚丙烯微孔膜時(shí),改性膜表面水接觸角隨等離子體處理時(shí)間的延長而急劇下降;進(jìn)一步延長處理時(shí)間,下降趨勢減慢.與此同時(shí),微孔膜的孔徑和孔隙率以及膜通量先增加后減小,而拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率迅速下降. 通過N<,2>等離子體處理將AG和PVP在聚丙烯微孔膜表面進(jìn)行了固定化.AG在膜表面的固定化率隨等離子體處理時(shí)間的延長而增大,處理時(shí)間為

4、4 min時(shí),固定化率最大為3.5 wt.﹪,進(jìn)一步延長時(shí)間,固定化率反而下降.AG固定化改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了64°膜通量隨固定化率的增大而增大.PVP在膜表面的固定化率隨等離子體處理時(shí)間的延長而增大,當(dāng)處理時(shí)間為12min時(shí),固定化率為6.8wt﹪,進(jìn)一步延長處理時(shí)間固定化率下降.膜表面水接觸角變化趨勢正好與之相反,當(dāng)固定化率為6.8 Wt.﹪時(shí),膜表面水接觸角較未改性膜下降了57°膜的總表面自由能和其極性分?jǐn)?shù)隨固定化率

5、的提高而增大.通過紫外光引發(fā)將AA和AAm接枝于聚丙烯微孔膜表面.AA接枝改性膜表面水接觸角隨接枝率的增大而下降,接枝率為 45.28 wt.﹪的改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了61°.研究了接枝率和pH值對改性膜水通量的影響,發(fā)現(xiàn)膜水通量隨接枝率的提高和pH值的下降而增大,具有pH響應(yīng)性.AAm接枝改性膜表面水接觸角隨接枝率的增大而降低,接枝率為278.4 wt.﹪的改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了940°當(dāng)接枝率為20.28 w

6、t.﹪時(shí),膜通量隨接枝率的增大而增大,當(dāng)接枝率的進(jìn)一步增大,膜通量又隨之而降低. 采用Tween 20、Tween 40、Tween 60、Tween 80和Tween 85系列非離子表面活性劑對聚丙烯微孔膜進(jìn)行了表面吸附改性.當(dāng)表面活性劑的濃度較低時(shí),吸附主要發(fā)生在膜孔內(nèi),而當(dāng)濃度較高時(shí),膜孔內(nèi)已經(jīng)吸附飽和,此時(shí)吸附作用主要發(fā)生在膜表面,Tween在膜表面的吸附量隨濃度的增大而增大. 研究了改性膜和未改性膜在SMBR中

7、的抗污染性能,與未改性膜相比,NH<,3>和CO<,2>等離子體處理、AG和PVP固定化、AA和AAm紫外光接枝、Tween吸附改性膜的通量恢復(fù)率提高23.0、37.0、29.0、10.0、23.0、55.0和115.0﹪,相對通量比率提高17.0、58.0、90.0、79.0、152.0、32.0和52.0﹪.采用社會統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件包SPSS對膜表面物理化學(xué)性能與抗污染性能之間的相關(guān)矩陣進(jìn)行了計(jì)算,發(fā)現(xiàn)通量恢復(fù)率與總的膜表面自由能之間