基于复合纳米颗粒的有机-无机杂化膜制备与性能表征

采用共混杂化的方法,利用Al2O3/TiO2复合纳米颗粒对疏水性强、易污染的聚偏氟乙烯膜进行改性,以增强其在水相溶液中的应用能力。通过测定纯水通量、截留率和膜表面接触角分别考察膜的透过、分离性能及亲疏水性能。用扫描电镜观察杂化膜的表面形态及断面结构。用傅立叶红外光谱分析杂化膜的化学结构,用X射线衍射分析杂化膜的结晶状态。膜的抗污染性能由料液通量试验考察。改性前后膜的测试结果表明,纳米颗粒的加入改善了聚偏氟乙烯膜的通量、亲水性能和抗污染性能。     

纳米壳聚糖改性PVDF微滤膜抗污染性能的研究

研究了纳米壳聚糖改性聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜的制备方法及其抗污染性能.借助傅立叶-红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、静滴接触角测量仪等分析手段对改性后的PVDF膜进行了表征.FTIR研究结果证明,与未改性膜相比,改性膜表面有纳米壳聚糖的存在.SEM研究结果发现,孔径随纳米壳聚糖量的增加逐渐减小,而孔的数量先增加后减少.接触角和纯水通量都随纳米壳聚糖量的增加先减小后增大.在蛋白质抗污染实验中,选用牛血清蛋白(BSA)制备蛋白质溶液.改性膜具有更高的水通量恢复率,并且显正电荷性质的BSA和纳米壳聚糖之间的静电排斥力使其具有很高的截留率.所以改性膜具有很好的抗污染性能.     

臭氧引发接枝制备聚偏氟乙烯亲水膜

利用臭氧的强氧化性,对溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯进行处理引入过氧基团,然后通过热引发接枝聚合亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA),通过相转变法(phase inversion)制备具备亲水特性的PVDF分离膜.通过红外光谱、热重分析和接触角测试对接枝改性后的聚偏氟乙烯的结构和性能进行表征.红外光谱显示在1 734 cm-1处出现PEGMA的特征吸收峰,表明已成功接枝上PEGMA.接枝后的PVDF膜接触角降低到42°,表现出很好的亲水性;同时研究了接枝条件对改性膜亲水性的影响,随接枝单体浓度增加其亲水性增大;改性前后的聚偏氟乙烯膜的表面形貌通过扫描电子显微镜(SEM)分析表明,在相同成膜条件下改性后分离膜表面形貌发生很大变化,改性后制备的分离膜有较大的膜孔出现;水通量测试和牛血清蛋白吸附实验进一步表明,接枝改性可以明显改善PVDF分离膜的亲水性和抗污染性能.     

TiO_2动态改性膜应用于MBR的研究

采用二氧化钛(TiO_2)纳米粒子对聚偏氟乙烯中空纤维膜微滤膜(PVDF MF,0.1μm)和实验室自制聚砜中空纤维膜超滤膜(PSF UF,0.05μm)进行表面亲水改性,以期提高膜的抗污染能力.采用膜接触角、纯水通量、出水TOC、膜压差和扫描电子显微镜(SEM)进行表征了TiO_2动态膜的性能.将TiO_2纳米颗粒改性后的PVDF MF和PSF UF膜应用于膜生物反应器(MBR)处理模拟焦化废水(TOC=500 mg/L),考察了其对MBR过滤性能的影响.实验结果表明,改性后膜的水接触角明显减小,亲水性增强,TMP升高速率明显降低,模拟焦化废水,TOC的去除率平均可达95%,经返洗及次氯酸钠清洗后膜表面TiO_2层外观没有明显变化.改性后的膜组件较显著地增加了MBR的膜抗污染的优势,且具有一定的稳定性.因此,将TiO_2动态改性耐污染膜应用于MBR是可行的.     

聚偏氟乙烯膜的超疏水改性研究

为提高疏水膜的疏水性能,使其可在膜蒸馏、膜吸收等领域有更广泛的应用.采用溶液相转移法制备超疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜,考察了铸膜液中PVDF和非溶剂(低分子二醇类化合物PG)的浓度对膜润湿性能的影响.结果表明,通过改变铸膜液中PVDF、PG的浓度,能使PVDF膜的表面静态接触角从75.1°提高到161.7°,滚动角仅为15.8°.还研究了PVDF复合膜的制备条件对膜润湿性能的影响,结果表明,在一定的非溶剂浓度范围,增加复合膜涂覆液中非溶剂PG的加入量,有利于得到较高的复合膜表面接触角,但膜丝在涂覆液中的浸泡时间也需要相应延长.当非溶剂PG的质量分数为39.1%、浸泡时间为50 s时,复合膜表面接触角达到了155°.     

FeOOH纳米粒子协同聚偏氟乙烯电纺纤维膜插层增强碳纤维复合材料层间断裂韧性

为有效增强碳纤维/环氧树脂复合材料层压板(CF/EP)的层间断裂韧性,提出了一种纳米粒子协同纳米纤维膜插层改性方法.首先利用喷涂法将针状羟基氧化铁(FeOOH)纳米粒子均匀负载于碳纤维布表面,然后将制得的静电纺丝聚偏氟乙烯纳米纤维膜(PVDF)插入碳纤维布的层间,采用手工铺设-真空热压法制备了改性复合材料层压板PVDF...     

TEOS添加剂对PVDF膜形貌及性能影响

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法(NIPS)制备了一系列聚偏氟乙烯(PVDF)膜以及正硅酸乙酯(TEOS)改性聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜材料.用扫描电子显微镜观察膜的形貌,并通过接触角、孔隙率、透水率等性能表征,考察了铸膜液浓度及TEOS添加剂对膜材料性能的影响.结果表明,与纯膜相比,加...     

基于纳米TiO_2逐层自组装的聚偏氟乙烯膜亲水化改性研究

采用逐层自组装方法,利用三乙烯四胺盐对纳米TiO2的吸附作用,把直径约20nm的TiO2颗粒逐层组装到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面,研究了纳米TiO2组装层数对PVDF改性膜接触角的影响,发现当组装层数为1和3时改性PVDF膜初始接触角略有增大,而随着冻结时间延长改性PVDF膜接触角显著减小。当组装层数为5时PVDF改性膜的初始接触角从101.2°显著减小到72.1°,并在1min内被水滴完全浸润,探讨了纳米TiO2组装PVDF改性膜微观结构对其亲水性能的影响机制。研究结果可用于发展分散均匀的高亲水性PVDF膜,提高PVDF膜的抗污染性能并延长其循环使用寿命。     

聚偏氟乙烯膜亲水化改性及在酪蛋白分离中的应用

采用化学改性的方法,在KOH/KMnO4体系中对聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面进行化学处理,引入羟基等活性基团,并利用甘油水溶液增加膜表面的化学稳定性。分别改变试剂浓度、温度、反应时间等参数,确定最佳反应条件。实验结果表明,改性后的聚偏氟乙烯膜表面接触角减小,亲水性增强。将改性前后的膜分别应用于酪蛋白的分离实验,测定膜通量的衰减,发现改性后的PVDF膜表面的抗蛋白吸附能力有很大程度的提高。     

填充纳米SiO2对聚偏氟乙烯膜性能的影响

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的膜材料,被广泛用于溶液的净化、分离、浓缩过程.但由于它的疏水性,膜在分离过程中极容易受到蛋白质等有机物的污染,会导致膜通量下降,使用寿命缩短.为提高膜的性能,将经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2粒子填充到聚偏氟乙烯铸膜液中,通过溶胶-凝胶法制得复合膜,并对该膜的形貌、韧性、亲水性和中水处理的性能进行了表征.结果表明,改性的纳米SiO2能够在膜内均匀分散,使复合膜的韧性显著提高,在处理中水过程中纳米SiO2粒子与PVDF结合良好;膜的接触角由83°下降到41°,通量相对稳定,在0.1 MPa操作压力下通量维持在280 L/(m2.h),表明复合膜的耐污染能力大大增强.     

等离子体引发表面两性离子化制备抗污染性PVDF膜

为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污染性能,采用等离子体技术将甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)接枝到PVDF膜表面,使其与3-溴丙酸(3-BPA)发生季铵化反应,得到两性离子化改性膜(PVDF-g-PCBMA).利用傅利叶红外光谱仪(FTIR-ATR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测定仪分析改性前后PVDF膜表面化学官能团、结构形态以及亲疏水性的变化.通过动态过滤实验来考察原膜、改性膜对牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)的抗污染性能.结果表明,相比于原PVDF膜,PVDF-g-PCBMA膜的接触角从88.3°降至39.0°,亲水性得到了较大的提高;另外,其在BSA和SA溶液的过滤实验中通量衰减率降低、清洗后的清水通量恢复率升高,体现了两性离子化改性膜良好的抗污染性能.     

聚偏氟乙烯-氟化二氧化硅有机-无机复合膜的制备及脱硫性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基膜材料,通过溶胶凝胶-氟化法在PVDF膜表面沉淀氟化的二氧化硅纳米颗粒(fSiO_2),制备聚偏氟乙烯-氟化二氧化硅(PVDF-fSiO_2)有机-无机复合膜。通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜、接触角测定仪等对PVDF-fSiO_2复合膜进行表征,并评价其脱硫性能。结果表明,PVDFfSiO_2复合膜表面的接触角为106.9°,明显高于PVDF膜的76.4°;由于PVDF-fSiO_2复合膜的良好疏水性能和fSiO_2粒子对基膜的保护作用,随着脱硫时间的延长,PVDF-fSiO_2气-液膜接触器的脱硫率基本保持在79%左右。     

用于膜生物反应器的仿生抗污染抑菌聚偏氟乙烯膜制备及其性能

利用聚多巴胺一步原位共沉积法，将聚乙二醇(PEG)和铜元素(Cu)仿生固定于聚偏氟乙烯膜(PVDF)表面，制备仿生抗污染PVDF膜。利用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜，研究了膜表面固定PEG和Cu后PVDF膜表面结构、元素组成等的特征变化；同时利用接触角、动态渗透分离性能、抑菌性能等分析了表面仿生改性对PVDF膜表面抗污染性和抑菌性能的影响.结果表明，经过膜表面聚多巴胺与改性剂的一步原位仿生修饰，改性膜表面亲水性增强，可有效抑制有机蛋白质在膜表面的吸附污染和细菌在膜表面的黏附(BSA截留率95.2%;大肠杆菌抑制率100%;金黄色葡萄球菌抑制率100%);同时增强了改性膜渗透分离性能.在水处理领域尤其是膜生物反应器方面展示出潜在的应用前景.     

Al2O3/TiO2/PVDF杂化超滤膜的制备及其性能研究

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的亲水性,增强其在水处理中的抗污染能力,用无机纳米二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)与聚偏氟乙烯共混,采用相转化法制得无机改性有机高分子杂化超滤膜。采用杯式超滤装置考察了无机纳米颗粒的含量对杂化膜水通量的影响;测定了膜的纯水接触角、机械性能、截留效率和膜的孔径及孔径分布;采用扫描电子显微镜对膜表面进行观察。结果表明,纳米颗粒加入量为3%,TiO2与Al2O3的加入比为1∶1时,杂化膜的水通量较有机膜提高了79.5%,但截留率保持不变;杂化膜的机械强度最大增加41.6%;杂化膜的纯水接触角由未改性前的78.68°降至50.54°,亲水性得到明显改善;杂化膜的平均孔径增大,孔径分布更加均匀;纳米颗粒的加入增加了膜表面的孔密度,但没有改变膜断面的微观结构。杂化超滤膜不仅保持了PVDF膜的优良性能,而且增强了其强度、亲水性和抗污染性能。     

纳米TiO2改性PVDF中空纤维膜的制备及性能研究

疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水化改性是当前膜分离技术研究的热点之一。利用共混改性将纳米TiO2颗粒加入铸膜液,通过溶胶凝胶法制备改性PVDF中空纤维膜。采用AFM和SEM对膜表面进行表征,以接触角,孔隙率,水通量和平均孔径为评价标准,确定改性膜中纳米TiO2颗粒投加的最佳比例。结果表明:与未改性膜相比,改性膜表面平滑,粗糙度明显降低;改性膜断面的孔状结构更加微小,内部主要以海绵状为主;改性膜的接触角及孔隙率均有所改变,膜表面的亲水性增强,纯水通量提高4-5倍,最大达657.3L/m2.h。     

“共价”型全疏/滑移表面构建及膜蒸馏性能研究

由于孔隙润湿、矿物结垢或结构不稳定等引起的膜功能层失效问题是膜蒸馏(MD)技术的关键挑战,严重影响其长期运行稳定性.本文提出一种“全共价”接枝修饰的方法,制备具有优异MD性能的全疏/滑移膜蒸馏膜材料.具体而言,通过使用聚多巴胺型插层将纳米硅球共价键合在聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面,并采用巯基-烯烃点击化学进行直接表面氟化改性.通过接触角测试,发现所制备的PDA/PVDF-C膜具有超高的静态水接触角(163.5°±0.9°)和极低的滚动角(5.6°±1.2°).在不同表面张力液体的侵蚀作用下,该膜均未出现膜孔的润湿现象,体现出优异的抗润湿性能.由于该膜表面特殊的全疏/滑移特性,该膜能够持久并稳定地处理含有表面活性剂的高盐卤水,延缓石膏垢的形成,运行性能显著优于商用疏水膜.该膜初始通量约为23.5 L/(m²·h),运行前后始终保持对盐高达99%的截留.本研究提供了一种新颖而有效的方法开发“全共价”型MD膜,该膜具有优异的抗润湿、抗无机结垢以及结构稳定性,可用于高盐废水的资源化处理.     

高疏水表面的聚偏氟乙烯中空纤维膜制备方法研究

采用稀溶液相转化法制备出小粒径的聚偏氟乙烯(PVDF)粒子,然后通过超滤方法将其涂覆在PVDF基膜表面上,得到了高疏水性表面的PVDF疏水膜.初步考察了凝固浴组成和凝固浴温度等稀溶液相分离条件对PVDF粒子的形成以及疏水膜性能的影响.结果表明,通过稀溶液相转化方法可以在基膜表面构建微纳米结构,凝固浴组成对改性疏水膜的表面微纳米结构影响很大,以质量分数为60%DMAc水溶液为凝固浴条件下得到的疏水膜接触角最高,达到144.9°,较基膜的接触角80°显著提高;凝固浴组成对疏水膜的透气系数和透水压力也有影响,透水压力由0.24 MPa提升至0.28 MPa;凝固浴组成对改性后疏水膜的孔径没有明显影响;随着凝固浴温度的升高,接触角呈增大趋势.     

两性离子聚合物表面改性的聚偏氟乙烯抗污染膜的制备及性能

提高聚偏氟乙烯(PVDF)抗污染性能是改善PVDF应用效果的重要途径。文中通过自由基聚合的方法将抗污染材料——两性离子类化合物磺酸甜菜碱(DMAPS)接枝到碱处理过的PVDF膜表面。研究了接枝DMAPS后,PVDF膜表面的结构与性能变化,并初步探讨了改性后的PVDF膜对牛血清蛋白的吸附性能。结果表明,在PVDF膜表面接枝DMAPS后,膜表面孔洞减小,亲水性提高。虽然改性后的PVDF膜通量有所下降,但通过牛血清蛋白(BSA)的振荡吸附实验发现,两性离子改性膜表现出良好的抗蛋白质吸附性能。与PVDF原膜相比,改性膜在BSA溶液中通量下降率小,用水清洗后膜通量恢复率高。     

采用聚合左旋多巴涂覆及MPEG-NH2接枝对PVDF膜亲水改性的研究

通过涂覆3-羟基-L-酪氨酸(左旋多巴,L-DOPA)和再接枝氨基聚乙二醇单甲醚(Methoxypolyethylene glycol amine,MPEG-NH2)的方式对疏水聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行表面亲水改性.在Tris缓冲溶液中,左旋多巴通过氧化反应形成聚合物,粘附在膜表面形成涂覆层,再通过氨基与聚合左旋多巴的共价结合将MPEG-NH2刷状聚合物接枝到PVDF膜表面.实验通过水接触角、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等测试手段,分析和对比膜改性前后的特征和表面形貌,同时考察原膜、涂覆改性膜和接枝改性膜对乳化油的分离效率和抗污染能力.实验结果表明,左旋多巴涂覆和后续MPEG-NH2接枝改性虽然减小了PVDF膜孔径和纯水通量,但能明显提高膜表面的亲水性和过滤效率,并在乳化液分离实验中提高膜的抗污染性能和膜清洗通量恢复率.     

有机/无机杂化纳米粒子共混改性聚偏氟乙烯多孔膜及其表面两性离子化的研究

通过表面引发的可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合,制备了聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯嵌段共聚物(PMMA-b-PDMAEMA)接枝改性的有机/无机杂化二氧化硅纳米粒子(BCP-gSiO2NPs),并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液共混,通过传统的非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化分离膜,进一步通过膜表面PDMAEMA链段与1,3-丙磺酸内酯之间的季胺化反应,实现了PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化膜的表面两性离子化。研究结果表明,BCP-g-SiO2NPs的引入以及膜表面的进一步两性离子化显著提高了PVDF膜的亲水性和抗污染性能,是PVDF超滤膜等相转化膜材料改性的有效方法。