TIPS法制备高性能PVDF/SMA超滤膜及结构调控

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:chenyanzhao12
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由于聚偏氟乙烯(PVDF)机械性能好,热稳定性高,耐化学腐蚀性强而成为主要膜材料之一,但是PVDF的低表面能导致其疏水性强限制了其在水处理行业的应用。现阶段热致相分离法(TIPS)制备PVDF膜主要集中在通过选择新型的单一稀释剂和混合稀释剂来对膜进行结构调控,而对于膜的亲水改性研究甚少。共混改性是提高膜亲水性简单有效的方法。本文将热致相分离技术与共混改性相结合,从下面三个方面开展研究工作。首先,在PVDF/乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)固-液相分离体系中加入非水溶性的两亲性共聚物苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)调节平板膜的结构并提高膜的亲水性。本文选取了已经工业化的不同分子量和不同马来酸酐含量的SMA对同一体系膜结构的变化进行研究,结果表明:马来酸酐含量越高对膜结构的影响越大。同时本文选取的稀释剂ATBC既是PVDF的稀释剂又是SMA的溶剂,所以PVDF/SMA/ATBC体系在降温过程中PVDF发生热致相分离而SMA仍溶于ATBC,在酒精萃取ATBC时,SMA/ATBC体系发生非溶剂致相分离(NIPS)而沉积在已成型的PVDF表面。通过偏光显微镜和DSC测定体系的相图共同验证了体系发生固-液相分离;通过ATR-FTIR,XPS表征表面沉积现象,通过TEM表征了 SMA表面沉积层的厚度及其在基体中的分散情况;通过SEM,DSC验证了网状孔结构的形成;而且通过SMA的表面沉积,牛血清蛋白的截留率从48%提高到94%。总之,这种TIPS-N1PS制膜方法不仅能够调节膜结构,而且通过表面沉积能够形成一层厚度只有200 nm的活性功能层。其次,本文通过在PVDF/GTA/非稀释剂D体系中调节混和稀释剂的配比来调节中空纤维膜结构。结果表明:随着非稀释剂D含量的提高,浊点温度提高而结晶温度几乎不变,体系由固-液相分离变为液-液相分离,支撑层结构由球状粒子结构变为蜂窝孔结构。在此基础上共混SMA钠盐,一方面影响成膜过程,另一方面通过荷负电来提高膜的亲水性和抗污染能力。结果表明,随着SMA钠盐的加入,体系由球中带网结构变为贯通的蜂窝孔结构,表明铸膜液体系由固-液相分离变成液-液相分离,膜的亲水性提高,由于SMA钠盐的表面沉积,使BSA的截留率提高。最后,本文考察了不同的后处理工艺对中空纤维膜结构和性能的影响,结果表明,拉伸-热定型可显著提高膜的力学性能和通量。
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