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聚偏氟乙烯(PVDF)以优良的性能成为主要制备超滤膜的优选材料,但PVDF膜存在疏水性强和易被压实等缺点,限制了其在水处理领域的应用。本课题从分子设计的原理出发,设计并合成了可以同时提高PVDF超滤膜亲水性和压密性的双亲性纳米TiO2复合粒子,将其加入 PVDF铸膜液中,制备出水通量高、亲水性好、抗压实的PVDF超滤膜。 根据分子设计原理,设计并合成了双亲性聚丙烯酸(PAA)-g-硅烷偶联剂KH570-g-纳米TiO2复合粒子,并对合成工艺进行了研究,实验结果表明:硅烷偶联剂KH570的用量为10wt.％时,偶联剂接枝率最高,达到7.62%,纳米TiO2分散性得到显著提高;当引发剂用量为0.2%,单体用量为10g,聚合温度为75℃,聚合时间为3h时,聚合物的接枝率最高,达到61.3%。 PVDF成膜工艺会对膜结构和性能产生影响,通过实验确定了PVDF浓度为16wt.%、添加剂为4wt.%PVP、溶剂为DMAc、凝胶浴为10%无水乙醇、温度为20℃时制备的膜性能较佳。加入双亲性纳米 TiO2复合粒子后,改性膜的水通量从纯膜的80.8L/(m2h)上升到223.3L/(m2h),水接触角从85.6°下降到47.1°,压密系数从-0.50上升到-0.04,膜的水通量、亲水性、压密性均得到了显著提高。 采用浸入沉淀相转化法制备PVDF超滤膜,当铸膜液体系组成变化从临界点上方的组成进入亚稳分相区时,体系将发生贫相成核的液-液分相,反之,体系将发生富相成核的液-液分相。本论文提出了双亲性纳米TiO2复合粒子改性PVDF超滤膜过程的理论模型,即疏水改性的纳米TiO2粒子稳定分散在PVDF膜本体中,形成“海岛”结构,起到增强膜压密性的效果;双亲性纳米TiO2复合粒子中的亲水链在凝胶成膜过程中发生表面离析并富集在膜孔表面,提高膜的亲水性。这一理论模型不仅解释了双亲性纳米TiO2复合粒子既能提高PVDF超滤膜的亲水性又能提高膜的压密性,而且为开发高性能PVDF超滤膜提供了理论指导和实际意义。