功能化TiO2纳米管改性聚偏氟乙烯杂化膜的结构与性能

将功能化TiO2纳米管(FTNT)均匀分散在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,利用相转化法制备PVDF/FTNT杂化膜,通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、过滤实验和污染性测试等研究了其微结构、分离性和耐污染性能等,并考察膜污染后有效的清洗方法.结果表明,添加FTNT的杂化膜具有不同的微结构与性能,当添加1％ FTNT时,杂化膜皮层变薄、微孔数增多,并呈现出最优化的水通量、亲水性、耐压性和抗污染能力等,而对腐殖酸(HA)溶液的截留率略有提高.采用0.01 mol/L的NaOH溶液碱洗和太阳光/水的绿色清洗工艺均能实现膜性能的恢复,而采用后者清洗的杂化膜通量恢复率可达到90％以上.     

次氯酸钠清洗条件对PVDF微滤膜结构的损伤和性能的影响

为了了解次氯酸钠清洗对聚偏氟乙烯(PVDF)膜结构的损伤和性能的影响,借助正交试验和层次分析模型分析评价清洗条件对PVDF膜性能的影响,并对清洗过程中PVDF膜面变红的现象进行探讨.正交试验选择了清洗浓度、清洗时间和pH 3个清洗条件.结果表明,次氯酸钠的pH对PVDF膜的平均孔径和比通量影响最大,清洗时间对接触角的影响最大,而次氯酸钠浓度对洗脱液的总有机碳(TOC)影响最大.借助层次分析模型获得了正交试验范围内对PVDF膜性能损伤最小的清洗条件为:清洗液中次氯酸钠质量分数0.1％,清洗时间25 h和pH=9.次氯酸钠清洗过程中,PVDF膜面颜色变红只与pH有关,而与次氯酸钠浓度无关,这主要是由于高的pH会造成添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的溶解和PVDF结构的变化.     

真空膜蒸馏中的膜污染研究

用场发射扫描电子显微镜(FESEM)结合能谱分析(EDS)表征真空膜蒸馏过程中的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的污染情况。膜污染物是含Na、Cl、Si、Mn、Fe、Cu和Zn等元素的混合物,各元素分布密度从膜外侧向内侧为递减趋势。据此确定的清洗方案为:在45℃、pH 2~3的稀盐酸溶液中浸泡2h,然后在45℃、5000ppm的次氯酸钠水溶液中清洗2h,最后在45℃下进行烘干来恢复PVDF中空纤维膜的稳定性能,并反复多次清洗和多次进行VMD稳定实验。结果表明:按此清洗方案以间隔20h清洗一次的频率进行膜蒸馏系统的维护,可以使膜蒸馏系统长期稳定运行。     

膜过滤技术在维生素B12生产中的应用

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微滤膜对维生素B12发酵液进行了除菌研究.发酵液经过微滤膜过滤后,菌体完全去除(去除率100%),远高于离心机除茵效果(去除率70%),滤液的澄清度及质量得到提高.另外,对污染膜的清洗研究表明,一般情况下0.1%的NaOH溶液清洗效果理想,当污染严重时,超声波振荡清洗效果最有效.     

高分离精度抗污染PVDF中空纤维膜的制备

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常见的高分子膜材料,具有优良的机械强度、热稳定性和耐化学性,在水处理领域获得了广泛的应用.但由于PVDF膜表面润湿性差,在处理含有机物的废水时易被污染;同时孔径较大的PVDF膜在应用方面会受到一定的限制.为了有效减少膜污染并达到调控孔径的目的,本文采用亲水聚合物聚乙烯醇(PVA)通过表面涂覆、窄缝刮涂、交联的方法对PVDF膜进行改性,改性后的PVDF膜截留分子量减小到80 000以下.当PVA涂覆浓度为1.0%(质量分数)时,改性膜的亲水性能显著提高,在葡聚糖溶液过滤实验中,改性膜的通量几乎不衰减,保持高抗污染性能.     

弱可见光催化活性La-TiO2-还原氧化石墨烯填充聚偏氟乙烯共混膜的构建

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的通量及抗污染性能,首先利用吸附相反应技术耦合乙醇热处理制备La掺杂TiO₂-还原氧化石墨烯(La-TiO₂-RGO),再将其与PVDF共混制备La-TiO₂-RGO/PVDF抗污染超滤膜。结果表明,均匀分散于PVDF高分子中表面亲水的La-TiO₂-RGO增多,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜的水通量和抗污染性能也显著提升。当La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜中出现团聚体,则会削弱其膜通量和抗污染性。在La-TiO₂-RGO填充量(与PVDF质量比)为2.0%时,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜具有最优纯水通量。La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜最高纯水通量可达171.5 L·m?2·h?1,是PVDF膜的5倍以上,其通量衰减速率也明显低于PVDF膜。另外,由于La-TiO₂-RGO具有可见光催化活性,被污染后的La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜经过光照处理后用水清洗,其膜通量恢复率较直接用水清洗后的通量恢复率大幅提高;热处理温度升高,La-TiO₂-RGO弱可见光活性增强,光照后La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜通量恢复率变大。但过高热处理温度抑制了La-TiO₂-RGO中Ti3+形成,且削弱其光活性,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜通量恢复率反而下降;对于La-TiO₂-RGO填充量为2.0%的La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜,被污染后分别采用直接水清洗、仅光照处理2 h、先光照处理2 h后水清洗的膜通量恢复率分别为79.28%、52.42%、90.01%。      

PVDF中空纤维膜改性研究(1)交联PVP制备亲水化PVDF中空纤维膜

利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的自交联以及与聚偏氟乙烯(PVDF)的互交联,实现了PVDF微孔膜的亲水化改性.考察了溶液浓度、反应时间等因素对改性PVDF膜性能的影响,采用FT-IR、NMR、接触角和水通量等测试方法表征改性前后PVDF膜的性能.结果表明,自交联PVP的强吸水性使得改性后的PVDF膜(PVDF-cl-PVP膜)亲水性显著提高,与水的接触角45 s内即可降至0°,膜的纯水通量为600 L/(m2·h).PVDF与PVP的互交联以及PVP的自交联结构使得PVP牢牢固定于PVDF微孔膜外表面及膜内部孔通道表面,实现了PVDF微孔膜的永久亲水化.PVDF-cl-PVP膜经纯水反复清洗后仍能保持很高的亲水性.经PVP改性后,PVDF膜的通量恢复率提高了16％,表明PVDF-cl-PVP膜的抗污染性得到显著提高.     

聚两性电解质修饰聚偏氟乙烯膜的制备及抗污染性能

膜污染是膜分离技术广泛应用的瓶颈之一。文中通过自由基接枝聚合法将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上构建聚两性电解质化膜表面。研究了改性前后膜表面结构和抗污染性能的变化。随着单体投料量增加,聚两性电解质的接枝率逐渐增加;接枝聚两性电解质后,膜亲水性逐渐增强,膜表面孔尺寸减小。与纯PVDF膜相比,改性膜具有较低的蛋白质吸附量;在牛血清蛋白(BSA)溶液渗透过程中,膜的不可逆污染向可逆污染转化。由于可逆污染可通过简单的纯水清洗得到抑制,改性膜具有较高的通量恢复率。这个结果证明了聚两性电解质的引入赋予PVDF膜良好的抗污染性能。     

磺酸甜菜碱-硅氧烷型两性离子化学和涂层改性PVDF微孔膜对腐殖酸和蛋白质污染的分析

由于聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜疏水,易形成表面及孔污染,本文采用一步涂层(涂层膜)或者羟基化-接枝交联法(化学交联膜),在膜孔表面引入磺酸甜菜碱-硅氧烷型两性离子, 3-(三甲氧基硅烷)丙氨基-丙烷-1-磺酸,提高PVDF微滤膜耐污染性.接枝两性离子后膜的接触角下降为零,而涂层膜接触角仅略降低.但是交联膜及涂层膜的纯水通量均提升为原膜2倍左右.在处理腐殖酸(HA)溶液时,交联膜和涂层膜的稳定通量提高了70%～90%.而过滤牛血清蛋白(BSA)溶液时,两种膜的稳定通量与原膜接近.采用阻力模型和Hermia模型分析了污染机理.结果表明,两性离子改性后较好地耐腐殖酸污染,但是对蛋白质耐污染较差.表面电位分析表明,腐殖酸高负电性被改性膜表面排斥是膜耐污染重要原因;而蛋白质弱负电性和与膜表面其他相互作用,以及蛋白质之间优先作用,导致易于吸附,覆盖膜表面,两性离子改性优势无法表现出来.本文科学分析了两性离子耐污染的优势和劣势,为表面改性膜的实际应用提供了数据和方法.     

超滤膜法浓缩薏苡仁多糖提取液

研究了薏苡仁多糖的超滤膜法提取液浓缩和除小分子杂质过程,并对膜工艺过程的浓差极化及膜污染展开分析,在此基础上对膜清洗进行了尝试,得到适合的膜清洗工艺.在四种陶瓷超滤膜中,截留分子量为150 kDa的超滤膜最适合于薏苡仁多糖提取液浓缩;当压力在0.13~0.21 MPa,温度在20~60℃时,压力和温度的提高均有利于超滤膜通量的增大,但也会加剧膜通量的下降;在超滤过程中,膜污染阻力随着时间的延长而不断增大,而浓差极化效应则不断减小;采用热水,碱洗和次氯酸钠清洗后,膜水通量能够恢复到实验前的水平.     

聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜的化学清洗研究

对处理发酵液的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的有机污染物进行化学清洗试验,实验中,由电镜与红外定性分析了污染物成分,确定了高锰酸钾的使用条件,比较了加酸前后及还原前后的清洗效果,并对清洗后的中空纤维膜进行一系列的力学性能测试.     

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.     

天然纤维粉体对聚偏氟乙烯多孔膜结构与性能的影响

采用溶液相转化法制备了羽绒粉体/聚偏氟乙烯（PVDF）和苎麻粉体/PVDF复合微孔膜,对膜结构和性能进行了分析和测试。结果显示苎麻粉体/PVDF复合膜、羽绒粉体/PVDF复合膜、纯PVDF膜的形态一致,均为致密皮层和多孔亚层,孔隙率和水通量依次降低,结晶度依次增加;但膜的吸水率按照羽绒粉体/PVDF复合膜、苎麻粉体/PVDF复合膜、纯PVDF膜依次下降;这说明复合膜水通量主要受孔隙率的影响,而膜吸水率主要受纤维粉体吸水性大小的影响。膜力学性能测试显示加入粉体之后,PVDF膜的强度增加,断裂伸长率有所下降。     

天然纤维粉体对PVDF/DMAc体系热力学及膜结构的影响

考察天然纤维粉体/聚偏氟乙烯(PVDF)/N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)铸膜液热力学性质,采用浸没沉淀相转化法制备了天然纤维粉体/PVDF共混膜,表征了共混膜的结构和性质。结果表明,按照棉花粉体、羊毛粉体、无粉体的顺序,制膜体系越来越容易发生液固分相;并且棉花粉体/PVDF共混膜、羊毛粉体/PVDF共混膜、PVDF膜的孔隙率和水通量依次降低,结晶度依次增加,但膜形态一致,均为致密皮层和多孔亚层。共混膜性质的差异主要是由于纤维粉体亲水性的不同,添加亲水性较好的羊毛粉体的铸膜液成膜速度慢,而添加亲水性较低的棉花粉体的铸膜液成膜速度较快。     

废弃聚偏氟乙烯中空纤维膜再生与回用性能

研究了经膜生物反应器(MBR)系统运行6年的废弃聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜再生回用性能。讨论了运行过程中膜污染对PVDF中空纤维膜的影响;采用溶液相转化法制备了再生PVDF平板膜。研究结果表明,经运行6年后,PVDF中空纤维膜中致孔剂(如聚乙二醇(PEG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP))含量减少至零,断裂强度降低,断裂伸长率减小,相对分子质量降低,结晶度升高,膜孔堵塞等现象明显;与常规PVDF膜相比,再生PVDF膜的断裂强度和断裂伸长率较小,成膜过程中致孔难度增大(孔隙率较低),而再生PVDF膜的润湿性、渗透性以及截留率等与常规PVDF膜相近。     

聚偏氟乙烯膜的研究进展

探讨和介绍了聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜、超滤膜、共混膜和改性膜近来的研究情况，提出开发高性能的疏水性微孔膜和小孔径亲水性超滤膜，并解决亲水性PVDF膜的耐污染问题，成为PVDF膜的主要研究方向、     

氧化石墨烯-氨基酰化酶/聚偏氟乙烯复合膜的制备及特性

通过静电吸附法成功制备了氧化石墨烯-氨基酰化酶（GO-acylase）颗粒。将GO和GO-acylase颗粒分别添加到聚偏氟乙烯（PVDF）铸膜液中,通过相转化法制备了GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜。结果显示,GO-acylase/PVDF复合膜的粗糙度最低（R_a=8.21 nm）,表面最平滑。GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜的接触角较小（73.72°和71.31°）,说明复合膜的亲水性优于纯PVDF膜。由于GO的添加会增强溶质和非溶质之间的转化过程,从而导致GO/PVDF复合膜的纯水通量最大（69.0 L/（m2 h））。经过测定,GO-acylase/PVDF复合膜的生物活性在4℃下可以持续4周左右。研究结果表明,GO-acylase/PVDF复合膜的成功制备为抗生物污染膜的研发提供了新思路。      

表面喷涂壳聚糖溶液对聚偏氟乙烯多孔膜的结构和性能的影响

在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液膜表面喷涂壳聚糖(CS)醋酸溶液,用浸没相转变法制备PVDF多孔膜,研究CS溶液对多孔膜的结构和性能的影响并探讨了成膜机理。结果表明,随着溶液膜表面CS溶液体积的增加PVDF膜的孔隙率提高,膜表面的亲水性大幅度提高,β晶含量降低而α晶的含量提高;喷涂CS溶液前PVDF膜的上表面结构致密,喷涂CS溶液后PVDF膜上表面呈现多孔结构,其断面结构均为指状大孔结构;喷涂CS溶液的体积为2 mL、4 mL和6 mL的PVDF膜,其水通量先增加后降低,分别为683.33 L/m²·h、1121.57 L/m²·h、1171.36 L/m²·h和1029.02 L/m²·h。用不同方法制备的PVDF膜,其结构和性能不同,因为膜上表面的成膜机理不同。     

纳米SiO2的加入对PVDF/SiO2超滤膜结构和性能的影响

将普通纳米SiO2、疏水纳米SiO2、亲水纳米SiO2分别加入到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,通过相转化法制得PVDF/SiO2杂化超滤膜,重点探讨了SiO2加入量及上述三种类型纳米SiO2对PVDF杂化超滤膜水通量、截留率和抗污染性能的影响.结果表明:膜的孔隙率、平均孔径、水通量、截留率和抗污染性随SiO2含量增加而先增大后减少;SiO2含量为2%时,膜水通量由大至小为:普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜、亲水纳米SiO2杂化膜,抗污染性由大至小为:亲水纳米SiO2杂化膜、普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜.