基于多巴胺的高分子膜表面改性及其性能研究

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膜分离技术以其具有高效、节能、过程易控制、操作方便等优势,在废水处理领域受到广泛的关注。聚偏氟乙烯(PVDF)凭借着较强的化学稳定性、机械强度高等优势成为常用的超滤、微滤膜材料。但是在实际应用中,仍受到膜污染引起的分离性能下降的限制。解决这一问题的方法有很多,但最直接有效的方法还是提高膜本身性能。本论文以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,采用相转化法制备聚偏氟乙烯膜,探究了铸膜液体系中各影响因素对成品膜的水通量、截留率、机械强度、膜孔结构的影响,分析成膜过程各影响因素的机理。探寻出PVDF膜各组分最佳配比,达到优化PVDF膜制备工艺的目的。综合考虑膜的各项性能得到最佳配比为:聚偏氟乙烯(PVDF)18wt%,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)2wt%,溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。在此基础上,利用弱碱条件下多巴胺自聚合的反应特点,从硅烷偶联剂中选择了具有亲水基团(环氧基)的3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷。以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基底膜,采用聚多巴胺与亲水物质前驱体同步水解的方法,在膜表面生成杂化涂层,两种物质以化学键链接、物理缠绕方式粘附在膜表面。通过调整3-(2,3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷(KH-561)与多巴胺的配比,制备了 PVDF超滤改性膜。本文测试了所形成的杂化涂层对改性膜的表面形貌、亲水性、纯水通量、截留率、力学性能等相关性能的影响。结果表明改性膜不仅膜表面亲水能力提高,膜内部孔道的亲水性也一定程度被改善,PVDF改性膜具有很好的亲水性,水接触角最低达37.8°。膜水通量达到174L·m-2·h-1,蛋白截留率达90%以上。杂化涂层在膜表面形成一层水膜,使膜有着良好的抗污染性能,改性膜的衰减系数最低可达0.19。
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