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聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有高的机械强度、化学稳定性等优点而被公认为是性能优良的膜材料之一,已广泛应用于超滤、微滤等分离膜。然而PVDF偏疏水性,导致其成膜后易受污染,且频繁的清洗过程不仅带来清洗废液对环境的污染问题,也会降低膜的寿命。鉴于此,本文从改善PVDF膜的亲水性及实现温和清洗恢复膜性能出发,利用表面接枝技术,首先合成了凹凸棒石-g-聚氮异丙基丙烯酰胺(PGS-g-PNIPAAM)这一具有温度敏感性的无机-有机复合材料,然后将其掺杂到PVDF基质中,制备具有温敏性的混合基质超滤膜,深入研究其亲水性、抗污染性以及易清洗性。研究工作主要分以下三部分。 凹凸棒石表面聚N-异丙基丙烯酰胺接枝修饰。首先用硅烷偶联剂对凹凸棒石进行改性,引入碳碳双键,再利用自由基聚合接枝法在凹凸棒石表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺。考察了引发剂与单体量对接枝率的影响,通过红外(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、冷场发射扫描电镜(SEM)、热重(TG)、示差扫描量热分析(DSC)等表征确定了PNIPAAM成功接枝到了凹凸棒石上且具有温敏性,随单体量的增加,其接枝率逐渐达到饱和。通过牛血清白蛋白(BSA)静态吸附实验表明了改性凹凸棒石对BSA几乎无吸附作用。 PVDF/PGS-g-PNIPAAM混合基质超滤膜制备。将PGS-g-PNIPAAM掺杂到PVDF基质中,系统考察了改性剂接枝率、改性剂添加量以及凝固浴温度对膜结构及性能的影响。结果表明膜的温敏性随接枝率的增大先增强后降低,当接枝率为21.33%时改性剂给膜带来的温度响应能力最强;随改性剂量的增加,膜指状孔长越来越短,热稳定性逐渐增强,纯水通量逐渐变大,膜的静态接触角(20℃)逐渐降低,当改性剂添加量为7 wt.%时,20℃下膜纯水通量达到了246 L·m-2·h-1,约是纯膜的两倍,相应的接触角也比纯膜低了约30°,表明改性后的膜亲水性与渗透性得到了很大提高;改性剂的加入提高了膜的机械强度,当添加量为4 wt.%时对应的拉伸强度最大,添加量为1 wt.%时对应的伸长率最大;膜在不同温度下的纯水通量、接触角、截留率证明了所制备出的膜具有温敏性;凝固浴温度会影响PNIPAAM分子链的迁移,具有表面偏析现象,低温下制备出的膜孔周围及膜表面含有的PNIPAAM含量较多,亲水性与渗透性能更强,温敏性能更优越,膜结构也最为优越。 PVDF/PGS-g-PNIPAAM膜的抗污染易清洗性能。随着改性剂量的增加,膜在25℃下的BSA静态吸附量逐渐降低,最小吸附量仅为96μg/cm2,而纯膜却高达365μg/cm2。对其进行变温静态吸附(25→40℃,40→25℃)出现了再吸附与脱附的现象。对膜进行BSA过滤,考察渗透通量随时间变化率,发现随改性剂量增加,其渗透通量衰减速率逐渐下降,且稳定渗透通量增大,最大值比纯膜增大了近两倍。对膜进行不同方式的清洗,考察其通量恢复率,发现变温水力清洗与微弱超声相结合带来的通量恢复率最大,当添加量为7 wt.%时,其通量恢复率高达91%,而纯膜仅为39%。膜修正污染指数与污染阻力分析表明纯膜受污染的趋势最大,改性剂的加入使其污染趋势降低。