PVDF膜的亲水改性及其抗污染性能的研究新进展

PVDF膜由于其较强的疏水性能,在水处理应用中需要较强的驱动力,使得运行费用增加;同时膜的疏水性也会导致膜污染、膜堵塞,从而造成膜水通量的降低。因此,针对此问题,提出了PVDF膜的改性,通过对PVDF膜进行改性来提高它的亲水性能从而改善膜的性能。介绍了近年来PVDF膜亲水改性的研究新进展,PVDF膜的改性主要有表面改性和共混改性,表面改性主要有表面接枝与表面涂覆,共混改性主要的共混物质有亲水聚合物、无机纳米粒子以及碳基纳米材料等。研究发现,通过改性后的PVDF膜亲水性能、抗污染性能以及膜的机械性能都有所提高。这为解决PVDF膜的污染问题提供了一种实际可行的方法,并通过提高其亲水性而降低了运行成本。     

PVDF膜的亲水改性及其抗污染性能的研究新进展

PVDF膜由于其较强的疏水性能,在水处理应用中需要较强的驱动力,使得运行费用增加;同时膜的疏水性也会导致膜污染、膜堵塞,从而造成膜水通量的降低。因此,针对此问题,提出了PVDF膜的改性,通过对PVDF膜进行改性来提高它的亲水性能从而改善膜的性能。介绍了近年来PVDF膜亲水改性的研究新进展,PVDF膜的改性主要有表面改性和共混改性,表面改性主要有表面接枝与表面涂覆,共混改性主要的共混物质有亲水聚合物、无机纳米粒子以及碳基纳米材料等。研究发现,通过改性后的PVDF膜亲水性能、抗污染性能以及膜的机械性能都有所提高。这为解决PVDF膜的污染问题提供了一种实际可行的方法,并通过提高其亲水性而降低了运行成本。     

化学浴沉积制备防污自洁型PVDF/PMMA共混膜研

使用NaOH溶液亲水改性聚偏氟乙烯(PVDF)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混膜,在共混膜表面化学浴沉积烷基氯硅烷,构筑微纳米结构,制备出具有超疏水能力的PVDF/PMMA共混膜,对共混膜的微观结构和性能进行了表征。结果表明,亲水改性提升了PVDF/PMMA共混膜表面烷基氯硅烷的化学浴沉积效果;亲水改性的最佳工艺条件为：NaOH的浓度为40 %、反应时间为60 min、反应温度为70 ℃;化学沉积后的PVDF/PMMA共混膜接触角高达154.6 °;集灰实验表明,倾斜角度约为1 °时水滴能将膜表面的灰尘带走,膜的防污自洁性能优良。     

PVDF微孔膜亲水化改性研究进展

PVDF材料由于其优良的物理化学性质被普遍应用于生活、化工领域,但由于其表面疏水,在使用过程中又易受污染,限制了PVDF材料在水处理方面的应用。本文从PVDF微孔膜亲水改性研究进展出发,对比了不同改性方法的特点并对其进行阐述,主要总结了近年来文献中PVDF膜的亲水改性方法及改性膜的亲水性、水通量和抗污染性能,最后对改性研究进行展望。     

超疏水聚偏氟乙烯复合微孔膜的制备及性能

提出了一种超疏水聚偏氟乙烯（PVDF）复合微孔膜的制备方法。以相转化法制备的PVDF膜为基膜,通过恒压过滤将多壁碳纳米管（MWCNTs）沉积到PVDF基膜表面,再经聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液修饰,可制得接触角达162°、滚动角约10°的PVDF复合微孔膜。用原子力显微镜和扫描电镜对膜表面进行结构分析,并测试了膜的接触角、气通量和机械强度等性能,考察了MWCNTs及PDMS浓度对膜结构和性能的影响。研究表明,CNTs在具有微米级粗糙度的基膜上强化了纳米结构,提高了膜的粗糙度,PDMS降低了膜的表面能,二者协同作用使复合膜的接触角大幅提高,滚动角显著下降。与高度疏水的PVDF基膜相比,PVDF复合膜的疏水性大幅提高,断裂伸长率加倍,在模拟海水真空膜蒸馏过程中,保持了较高的传质通量和截留率,具有更好的操作稳定性和抗污染性能。     

亲水和疏水改性膜的抗结垢和润湿能力的对比

膜蒸馏过程受料液盐度的影响较小，可以处理高矿化度的矿井水，但膜污染和润湿制约其工业化应用。本文首次全面比较了两种商业化的疏水膜，即平板聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF），以及分别进行亲水和疏水表面改性后制备的PVA-PAA/PTFE和Teflon/PVDF两种复合膜，在直接接触式膜蒸馏（DCMD）中浓缩饱和硫酸钙溶液时的结垢和润湿程度。重点分析了两种基膜和复合膜的结垢和润湿机理，探讨它们在矿井水浓缩中的应用潜力和最佳膜结构。实验结果显示，饱和硫酸钙浓缩过程中，膜表面结垢是主要影响因素，PTFE膜和PVDF膜尽管膜微观结构差别巨大，但抗结垢能力接近；Teflon/PVDF复合膜因其表面有滑移特性而表现出完美的抗结垢性能，PVA-PAA/PTFE复合膜尽管有致密的亲水表面，抗结垢能力并不强。     

超疏水疏油改性PVDF膜用于膜蒸馏深度处理焦化废水

采用纳米SiO_2粒子协同全氟硅烷(17-FAS)对PVDF平板膜进行表面改性,通过接触角仪、扫描电镜、X射线能谱及傅里叶变换红外光谱进行表征,并采用该材料用于膜蒸馏深度处理焦化废水。结果表明,改性后水和乙二醇的接触角分别为154.8°和137.0°,膜材料表现出了超疏水和疏油性;膜表面形成多级粗糙度结构且表面官能团发生变化,证明成功制备出SiO_2/17-FAS/PVDF复合膜材料。复合膜膜通量稳定,明显改善了原膜膜通量衰减(下降约41%)。复合膜出水中总有机碳的质量浓度从未改性前(10.0±1.3)mg/L降低至(2.0±0.3)mg/L,且色度、浊度、NH4+-N含量、UV254各指标均优于原膜出水水质。实验表明,该复合膜具有良好的抗污染性能,对膜蒸馏处理焦化废水有一定的应用潜力。     

化学浴沉积制备防污自洁型PVDF/PMMA共混膜研究

使用NaOH溶液亲水改性聚偏氟乙烯(PVDF)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混膜,在共混膜表面化学浴沉积烷基氯硅烷,构筑微纳米结构,制备出具有超疏水能力的PVDF/PMMA共混膜,对共混膜的微观结构和性能进行了表征。结果表明,亲水改性提升了PVDF/PMMA共混膜表面烷基氯硅烷的化学浴沉积效果;亲水改性的最佳工艺条件为:NaOH的浓度为40%、反应时间为60 min、反应温度为70℃;化学沉积后的.PVDF/13MMA共混膜接触角高达154.6°;集灰实验表明,倾斜角度约为1°时水滴能将膜表面的灰尘带走,膜的防污自洁性能优良。     

聚偏氟乙烯膜亲水化改性研究进展

为弥补强疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜在实际应用中的缺陷,从膜本体及膜表面2个角度入手,阐述了国内外对PVDF膜亲水化改性的主要方法。膜本体改性主要是将膜材料与亲水性聚合物或无机纳米材料共混,从而改善PVDF膜的亲水性能;而膜表面改性则主要是通过表面涂覆改性与表面接枝改性来实现。PVDF膜亲水性的增强,能有效改善膜的抗污染能力,从而大大提高膜的过水通量,并延长其使用寿命。     

左旋多巴改性MABR中空纤维膜

利用左旋多巴在碱性水溶液中的氧化交联成膜反应制备适于MABR过程的复合膜.通过浸泡法对多孔性聚丙烯中空纤维膜进行表面聚合改性,考察了左旋多巴的浓度、反应时间和溶液pH值对改性效果的影响.比较了改性前后膜的表面结构、水接触角及气体通量的变化.结果表明在1.5 g/L、pH=9.5的条件下,反应时间为7 h时,左旋多巴能在中空纤维表面形成一层稳定的无缺陷复合皮层,气体通量为0.3176 mL/(cm²·s),接触角为75.1°,在MABR测试实验中,复合膜的挂膜效果和处理能力均有较大提高.     

GO-PTFE复合膜强化膜蒸馏深度处理焦化废水

为了提高膜的抗污染抗润湿性能,采用表面涂覆法将氧化石墨烯(GO)结合在聚四氟乙烯(PTFE)膜表面,制备亲水-疏水复合膜用于膜蒸馏深度处理焦化废水,并对比了改性复合膜与未改性原膜的表面特性和膜蒸馏效果,分析了GO表面改性对膜蒸馏效果的强化机制。结果表明,膜表面经过GO改性后接触角由144.2°下降至103.9°,且表面出现羟基、羧基等亲水性官能团,说明膜表面亲水改性成功。GO-PTFE复合膜相比原膜通量提高了36.6%,产水电导率保持在25μS/cm,出水的荧光峰强度明显减弱,说明GO-PTFE复合膜能有效截留焦化废水中的无机盐和有机物,相比原膜的抗污染抗润湿性能显著提高。这种强化过程主要归因于GO良好的亲水性、导热性和特有的纳米孔道对污染物的截留效应。     

PVDF-PFTS/SiO2膜制备及抗混合污染性能

采用表面接枝技术制备了PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜,通过扫描电子显微镜（SEM）和红外光谱（FTIR）分析了膜污染前后的表面结构和组成,考察了直接接触式膜蒸馏（DCMD）装置出水电导率和膜通量的变化,利用XDLVO理论分析了PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜的抗混合污染性能和机理。结果表明：在1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三氯硅烷（PFTS）和SiO₂共同作用下,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜表面形成微纳米复合乳突结构,水接触角（WCA）由99°增至155°。与PVDF基膜相比,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜对混合污染物具有较好的抗污染性能;连续运行10h,膜通量和截留率分别保持在10.06kg/(m²·h)和99.80%。XDLVO理论分析表明,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜表面与污染物之间的作用力由引力转变为斥力是其抗混合污染性能增强的主要原因之一。     

MOFs对PVDF膜亲水改性的研究进展

由于聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的力学性能和化学性能所以经常用作水处理膜材料,但PVDF膜表面能低,本身疏水性较强,从而导致膜易被污染、堵塞使得膜水通量降低。因此,对PVDF膜亲水改性尤为重要。综述了不同系列的亲水性金属有机骨架(MOFs)复合材料对PVDF膜亲水改性的最新研究进展。     

PVDF/PEI-EDA亲疏水复合膜的制备及其抗污染性能

为解决疏水性污染物对膜的污染问题,利用静电纺丝的方法制备了具有抗污染性能的聚偏氟乙烯/聚醚酰亚胺-乙二胺(PVDF/PEI-EDA)亲疏水复合膜,对其进行了表征;以含疏水性污染物(油污)的Na Cl水溶液作为进料溶液进行了直接接触式膜蒸馏脱盐和抗污染实验,并与商业的PVDF疏水膜进行了对比。结果表明,复合膜厚度为340μm,平均孔径0.677μm,孔隙率72.4%;膜表面呈纳米纤维状,具有明显的酰胺基团,膜表面在空气中水接触角为5.6°,在水相中的油接触角为143°。复合膜蒸馏运行稳定,脱盐、抗污染膜蒸馏平均通量分别为5.5、4 kg/(m~2·h),可以有效的防止疏水性污染物(油污)的污染。而商业的PVDF疏水膜膜蒸馏过程不能维持稳定运行。     

亲水/疏水复合膜强化膜蒸馏深度处理工业废水的研究进展

工业废水中通常含有多种疏水性有机污染物及表面活性剂,传统疏水微孔膜用于膜蒸馏处理工业废水的过程中,这些污染物容易沉积在膜表面引发膜污染和膜润湿,导致膜蒸馏过程的低效甚至失败。亲水/疏水复合膜是一种表层亲水而底层疏水的非对称膜材料,可通过在膜表面形成水合层减缓污染物的吸附累积,同时保留疏水基底膜对污染物的高截留率,用于膜蒸馏过程可有效强化其处理复杂工业废水的效果。本文概述了构筑亲水/疏水复合膜的仿生学原理与表面润湿理论,介绍了复合膜常用的制备方法,重点分析了多种亲水材料改性制备的复合膜用于膜蒸馏深度处理工业废水的强化效果及强化机制,认为复合膜表面形成的亲水层可有效抑制工业废水中疏水性污染物与膜表面的疏水-疏水相互作用,减轻膜污染及膜润湿倾向,提高污染物截留效率,而氧化石墨烯等亲水物质可加速水分子通过,提升膜蒸馏产水通量。最后指出未来亲水/疏水复合膜的发展可以通过建立污染物在复合膜中的传递模型,进一步探究复合膜对工业废水处理过程的强化机制,通过优化调控复合膜结构,提升复合膜对工业废水中多种污染物的截留率和抗污染性能,实现膜蒸馏抗污染性、截留率和产水通量的同步提升,并通过开展中试研究验证复合膜用于工业废水深度处理的经济性和长期稳定性。     

亲水改性PVDF膜材料及其膜生物反应器应用

膜生物反应器（MBR）技术中最常用的膜材料是聚偏氟乙烯（PVDF）,然而由于PVDF膜的疏水性,使其在用于MBR的运行过程中存在易污染、通量低等缺陷,因此对PVDF膜材料进行亲水改性是近年来国内外研究的热点。本文首先介绍了PVDF膜材料典型的表面涂覆改性和表面化学接枝改性这两种亲水改性方法,然后概述了随着纳米科学技术的兴起,采用无机纳米材料如碳材料氧化石墨烯（GO）、无机抑菌材料纳米银粒子及二氧化钛纳米颗粒等进行功能化复合制备PVDF膜材料等亲水改性方法。研究进展表明,新型亲水改性PVDF膜材料不仅在MBR污/废水处理中优势明显,而且在可再生生物能源生产等可持续发展领域极具潜力。     

自组装法制备PVDF-SiO2/PVSQ超疏水复合膜及膜蒸馏抗污染性能

采用乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)对SiO₂疏水改性,通过自组装法,将改性SiO₂接枝在商业PVDF(聚偏氟乙烯)膜表面,使其表面达到超疏水。利用场发射电子显微镜、红外光谱仪、接触角测量仪及毛细流孔径分析仪等仪器对改性前后膜的表面形貌、化学组成、接触角及孔径变化等性能参数进行表征。结果表明,VTMOS不仅对SiO₂疏水改性,还通过自身的水解缩聚反应,生成了规整圆球状的聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)微粒,纳米级SiO₂分布于微米级PVSQ表面,在改性膜表面构造了多层次微/纳米粗糙表面,在低表面能疏水基团乙烯基和甲氧基的共同作用下,成功实现了超疏水改性,改性膜水接触角达到159.5°,滚动角降至8.1°。以NaCl、HA和CaCl₂混合溶液为进料液,对商业PVDF膜和改性膜进行了长期直接接触式膜蒸馏(DCMD)实验,探究其抗污染性能。结果表明,改性膜适用于长期DCMD实验,并表现出比商业PVDF膜更稳定的通量,截盐率始终大于99.99%,具有良好的稳定性和抗污染性能。     

抗污染PVDF膜研究进展

聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有优异的力学性能、热稳定性和化学性能而被广泛应用于膜分离技术中,但是,其表面的极强疏水性使其在应用过程中易受到微生物和蛋白类物质的污染,并缩短其使用寿命,因此,对PVDF膜进行改性具有重要的意义.目前,对PVDF膜改性研究主要集中在亲水改性和抗菌改性2方面,通过对膜的亲水性能进行改性能提高其...     

自组装法制备PVDF-SiO_2/PVSQ超疏水复合膜及膜蒸馏抗污染性能

采用乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)对SiO_2疏水改性,通过自组装法,将改性SiO_2接枝在商业PVDF (聚偏氟乙烯)膜表面,使其表面达到超疏水。利用场发射电子显微镜、红外光谱仪、接触角测量仪及毛细流孔径分析仪等仪器对改性前后膜的表面形貌、化学组成、接触角及孔径变化等性能参数进行表征。结果表明,VTMOS不仅对SiO_2疏水改性,还通过自身的水解缩聚反应,生成了规整圆球状的聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)微粒,纳米级SiO_2分布于微米级PVSQ表面,在改性膜表面构造了多层次微/纳米粗糙表面,在低表面能疏水基团乙烯基和甲氧基的共同作用下,成功实现了超疏水改性,改性膜水接触角达到159.5°,滚动角降至8.1°。以NaCl、HA和CaCl2混合溶液为进料液,对商业PVDF膜和改性膜进行了长期直接接触式膜蒸馏(DCMD)实验,探究其抗污染性能。结果表明,改性膜适用于长期DCMD实验,并表现出比商业PVDF膜更稳定的通量,截盐率始终大于99.99%,具有良好的稳定性和抗污染性能。     

MBfR中PVDF/pDOPA改性膜耐污染性能研究

针对膜生物膜反应器(MBf R)研究中疏水性微孔膜供氧能力不足、耐污染性较差等问题,采用自聚合法对自制疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜进行表面改性,研究制备适用于MBf R技术的PVDF/p DOPA中空纤维复合膜。选取典型有机污染物牛血清白蛋白(BSA),考察原膜及表面改性膜的抗污染性能,并采用XDLVO理论定量解析BSA对PVDF原膜及PVDF/p DOPA改性膜的污染行为。研究结果表明,改性膜对BSA的吸附速率低于原膜,最终BSA吸附量为原膜的62.1%,进一步的氧传质实验表明BSA污染后,改性膜的氧总转移系数衰减率(14.0%)低于原膜(21.9%),显示出优于原膜的抗污染性能。XDLVO理论所涉及到的三种界面自由能中,粘附阶段和粘聚阶段的极性力界面自由能均起主导作用,决定总界面自由能的性质,范德华力界面自由能和静电力界面自由能绝对值相对较小,对膜污染影响较为微弱;PVDF/p DOPA改性膜与BSA之间的总表面自由能(10.53 m J/m2)远大于PVDF原膜(-12.52 m J/m2),较好的解释了原膜与改性膜耐污染性能的差异。