具有UCST温敏特性的聚合物膜制备及其性能研究

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近年来,膜分离技术受到研究者的青睐,膜分离在工业和农业等各个行业都占据着重要的位置。目前,膜分离不仅应用于污水处理,而且还用于能源,化学工业,生化和医药等各个领域。但是,由于常规膜的单一性和易被污染问题,其分离能力受到严重限制,不能满足于各种行业的使用。因此,具有可切换润湿性的各种智能表面在科学和工程界受到了广泛的关注和研究,主要是通过在膜基材上添加具有环境刺激响应的智能聚合物来制备智能膜。在这些控制因素中,温度是实际应用中最常见的刺激因素,也较易控制,所以各种由温度控制的智能膜被大量研究。本论文通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备了大分子引发剂和二嵌段温敏性共聚物聚(2,2,2-三氟甲基丙烯酸甲酯)-b-聚(甲基丙烯酸咪唑基缩水甘油酯-甲基丙烯酸二乙二醇二乙酯)(PTFEMA-b-P(i GMA-co-MEO2MA)),再将温敏性共聚物PTFEMA-b-P(i GMA-co-MEO2MA)与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过浸没沉淀相转化法制备温敏性膜材料。通过~1H-NMR、SEC等表征证实了PTFEMA-b-P(i GMA-co-MEO2MA)的成功合成,通过包含温度控制单元的自制过滤系统进行死端过滤实验评估了膜的热响应性,证明了不同水温下聚合物链的变化情况,十次温度循环实验发现改性膜具有热响应可逆性。实验还通过牛血清蛋白(BSA)模型,研究了膜的抗污染性能,发现越高的水温洗涤污染膜后,膜的通量恢复率越高;膜中所含聚合物含量也对通量恢复率有一定的影响,聚合物含量越高,膜清洗的越干净,通量恢复率越高。在对PVDF共混改性研究的实验中,我们发现当添加剂含量过高时,会对PVDF膜的机械性能造成影响,制备出的共混膜变的非常脆弱,极大地影响了它的使用效果。为了解决这一问题,我们进一步尝试选用综合性能更好的成品膜,改变制膜方式如涂层的方式,以达到更好的效果。所以,使用硅烷偶联剂KH570,将聚丙烯酰胺-co-丙烯酸P(AAm-co-An)聚合涂覆于尼龙膜的表面。研究了不同含量的AAm和An的共聚对改性膜性能的影响。通过SEM,ATR-FTIR和XPS表征证明了改性膜的成功制备。研究了改性膜的热响应性能,实验发现尽管改性膜会对纯水通量造成微小的损失,但它显着提高了膜智能自清洁性能。因此,具有高临界溶液温度UCST温敏特性的聚合物膜在解决膜污染方面具有广阔的应用前景。
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