【摘 要】
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聚偏氟乙烯(PVDF)是当前最热门的超微滤膜制备材料之一,受到了广泛的研究和探讨。在PVDF膜的使用过程中如何更好地抗污染是近来研究的热点。膜的亲水化改性被认为是抗污染常
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聚偏氟乙烯(PVDF)是当前最热门的超微滤膜制备材料之一,受到了广泛的研究和探讨。在PVDF膜的使用过程中如何更好地抗污染是近来研究的热点。膜的亲水化改性被认为是抗污染常用且有效的方法,其中接枝改性是亲水化改性的重要手段。但PVDF链段中含有高能C-F键,使得ATRP等接枝反应的条件变得苛刻且接枝率低。本文采用的聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-CTFE)可以有效地避免这一问题。该共聚物在PVDF链段上引入了CTFE链段,提供了键能低且易反应的C-Cl活性位点同时又保留了PVDF的原本的优异性能。基于C-Cl活性位点,本文采用可与其反应的多羟基亲水性物质葡甲胺(N-MG),对共聚物进行亲水化改性。为了一步法制备出亲水化PVDF-CTFE膜,本文选择可同时溶解PVDF-CTFE与N-MG的磷酸三乙酯(TEP)作为溶剂。并且TEP相比于二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)等常用的有机胺溶剂等生物毒性小、易生物降解且可回收循环利用。本文首先测试了N-MG在TEP中的溶解度,后探讨了N-MG浓度、反应温度(铸膜液温度)、反应时间等对膜性能和结构的影响。通过XPS、FTIR等手段证明采用一步法改性后的膜成功接枝上羟基。接触角测试、水通量等表征手段证明改性后膜的亲水性显著提升,机械性能测试证明一步法对膜强度无较大影响。在此基础上配合孔结构等表征手段探究最优改性条件:N-MG浓度2.5wt%、反应温度80°C以及反应时间8 h。在该条件下,水接触角从130°降至65.8°,水通量提高约1倍。此外,本文在最优条件基础上对比了一步法与两种常见亲水化改性方式的效果。一种是制备出基膜后将其浸泡于N-MG溶液中,利用N-MG中的胺根与PVDF-CTFE中的C-Cl活性位点进行反应将羟基接枝于膜表面。另一种是利用N-MG与戊二醛(GA)反应增大分子链段使亲水性物质更容易吸附在膜表面或是膜孔内。实验发现本文采用的一步法在成膜前即可完成接枝反应,这使得羟基存在于整个膜体中。因此在对孔结构、机械性能等无较大影响的前提下,采用一步法对PVDF-CTFE膜亲水化改性的效果显著高于其余两种改性方式。
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