废聚偏氟乙烯膜资源化利用研究——阳极氯氧化及聚合物自润滑应用

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微滤(MF)、超滤(UF)、膜生物反应器(MBR)类别的聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜在污水处理和饮用水净化领域应用广泛,但PVDF分离膜的平均设计使用寿命为3-7年,如此大的应用需求势必在生产和使用过程中产生大量的废PVDF膜,废PVDF膜如果处置不当会对生态环境和人类健康造成不利影响,同时也是资源的巨大浪费。从工程应用角度看,废PVDF膜的过滤性能已达不到实际使用要求,但膜材料PVDF的物理化学性能却变化不大,如果将其妥善回收处理,不仅可以减少其废弃后对环境存在的潜在危害,而且能够实现其资源循环再利用。目前,对废弃PVDF膜开展的资源化研究报道较少,为此,本学位论文开展了废PVDF膜电化学阳极氧化和聚合物自润滑的应用探究,以期为高分子材质废弃物的回收及资源化利用提供指导,具体内容如下:(1)采用溶剂回收法和溶液倒沉淀法将废弃聚偏氟乙烯膜中的PVDF提取并制备成球状微粉,产率平均约为83.5%。PVDF微粉表面粗糙,为立体球状,相互独立;微粉粒径呈正态分布,最大粒径不超过16μm;微粉包含α、β和γ三种晶相,其中α和β相为主要晶相,含有少量的γ相。(2)以废弃PVDF为原料,采用表面涂覆和恒电流电沉积两步法制备了PbO2/PVDF/CC电极。应用SEM、XRD、XPS、LSV等测试表征了电极的形貌、晶相结构、化学组成及价态和电化学性能。研究了初始p H值、初始Cl-浓度、电流密度和初始浓度对所制电极氯氧化氨氮和甲基橙效果的影响,得出了氯氧化的最优工艺条件。最佳实验条件下,氨氮和总氮的去除率分别为99.48%和93.98%,N2选择性为94.46%,甲基橙脱色率为100%,TOC去除率为29.88%,氯氧化过程符合一级动力学模型。电极重复使用5次后,对氨氮的去除率仍旧可达92.35%,甲基橙的脱色率依然为100%,TOC去除率为25.03%,铅溶出浓度为0.054 mg/L,低于地表水环境质量标准(GB 3838-2002)V类限值。PbO2/PVDF/CC电极具有优异的污染物电氧化处置性能和良好的应用稳定性。(3)基于PVDF的刚性和耐磨性,以回收的PVDF为基体材料,溶剂挥发法制备的含油微胶囊为增强填料,采用湿法共混-冷模压-热烧结工艺制备了PVDF基自润滑复合材料。通过对比复合材料的力学和摩擦学性能测试结果,确定了最佳填料比例为20 wt%,其压缩强度和邵氏硬度分别为21.29 MPa和69.00 HD,稳态摩擦系数为0.077,磨损率为0.234×10-14 m~3/Nm。复合材料具有优异的力学和摩擦学性能。本学位论文实现了废弃PVDF膜在电化学氧化和聚合物自润滑领域中的应用,能预期为聚合物废弃后的资源化利用提供技术支撑。
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