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本文以静电纺丝制备纳米纤维技术为基础,界面聚合和等离子体表面改性技术为手段,充分挖掘和利用几种技术各自的优势,对复合膜科学和膜技术进行合理有效的创新性探索,并将几种技术有机结合,制备出具有高过滤水通量,高截留率的复合过滤膜。新型的复合过滤膜拓展了复合膜的平台,为以后纳米纤维基的复合过滤膜的制备及应用提供了积极的启示并奠定了良好的基础。本论文工作主要分为以下几个部分:
1.把PVDF静电纺丝纳米纤维层与界面聚合法制备的聚酰胺分离层复合在一起,加上PET无纺布的基底,成功制备出三层复合过滤膜。PVDF纳米纤维具有高孔隙率,高比表面积,高化学稳定性等优点,十分适合用于水过滤复合膜中辅助过滤支撑层。但由于PVDF纳米纤维特殊的超疏水性质,浸润性在复合过程中的影响变得十分重要。依据其影响提出了不同的解决方法如改进溶剂方法(A1O2方法Ⅱ),改进界面聚合过程(O1A2)等。继而对比传统方法对三种实验方案所制备的复合过滤膜过滤性能比较,并得出O1A2方法制备的复合过滤膜的过滤性能更加优秀,可以制备出缺陷少、结构完善、性能优良的复合过滤膜。
2.以O1A2方法制备的基于PVDF纳米纤维的复合过滤膜为平台,对复合过滤膜的总体过滤性能进行较为全面的讨论研究。研究了复合膜的制备过程中的主要影响因素:包括PIP单体浓度,TMC单体浓度,界面聚合反应时间的影响。得到了最优化的反应条件:当反应单体PIP浓度为0.1%,反应单体TMC浓度为0.2%,界面聚合反应时间为1min时,复合膜过滤的纯水通量为72L/m2h,BSA截留率为98%。对复合膜过滤性能中的操作压力依赖性也进行了讨论,结果表明:在超滤范围内,其水通量正比于操作压力,截留率略有下降。
3.深入研究了等离子体方法对复合过滤膜的改性及功能化。改造并自行搭建了等离子体改性的设备,使用等离子体方法对PVDF纳米纤维的表面进行亲水性改性,通过几种改性气体的比较,得到通过表面PAA亲水改性的PVDF纳米纤维制备的复合膜,其过滤水通量有显著的提升。使用等离子体方法对复合过滤膜进行了PAA的表面接枝聚合功能化,使得复合过滤膜拥有了pH值智能响应特性:在pH为4的酸性溶液中,复合膜的过滤通量变得极低,在pH为9的碱性溶液中,复合膜的过滤通量则会显著增加。
复合过滤膜在滤膜技术中的应用前景十分光明,随着以纳米纤维为支撑膜的复合过滤膜的不断发展和完善,高性能、智能化的复合膜将会不断的涌现,膜过滤科学领域将迎来一个新的发展高峰。