PVDF/PAA-b-PMMA-b-PAA超滤膜的结构调控和性能评价

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)合成了以聚丙烯酸(PAA)为亲水链段和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段的两亲性三嵌段共聚物PAA-b-PMMA-b-PAA(PAMA),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(~1HNMR)对聚合物进行了化学结构表征.然后以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,PAMA为改性剂,利用非溶剂诱导相转化法制备了一系列PVDF/PAMA共混超滤膜.研究了PAMA含量对PVDF/PAMA膜的表面化学结构、微观形貌、亲水性、渗透性能以及抗污性能的影响.结果表明,当共混膜中PAMA含量增大时,PVDF/PAMA膜的表面孔密度、孔径和粗糙度均呈现不断增大的趋势.当共混膜中PAMA质量分数为18.2%时,纯水通量由未改性的PVDF膜的12.9 L/(m~2·h)增大至130.2 L/(m~2·h),BSA截留率为97.2%,通量恢复率高达97.5%.因此,PVDF/PAMA共混超滤膜的渗透性能和抗污性能有明显提高.     

PVDF/PDA共混膜的制备及其性能研究

采用多巴胺自聚合原理生成聚多巴胺,通过聚多巴胺对PVDF膜进行共混改性,制得聚偏氟乙烯/多巴胺(PVDF/PDA)共混膜.采用SEM、纯水和酵母悬浊液超滤杯恒压过滤测试以及抗污染能力测试等对共混膜的结构和性质进行考察,同时探讨了不同共混浓度及不同PDA添加量对膜抗污染能力的影响.PDA添加量为0.3%(质量分数)时,纯水通量从PVDF对照膜的56.19L/(m2·h)提高至69.63L/(m2·h).通过重复过滤实验考察共混膜的抗污染能力,结果表明,加入PDA后共混膜的抗污能力有很大提高,PVDF对照膜的一次和二次通量恢复率仅为68.5%和56.4%,而PDA改性后的共混膜通量恢复率均在90%以上.     

GO/PVDF共混超滤膜的制备及其抗生物污染性能研究

将氧化石墨烯(GO)加入PVDF铸膜液中,通过浸没沉淀法制备不同GO含量的PVDF共混超滤膜,考察了GO掺杂对PVDF超滤膜亲水性和膜孔道结构的影响,并以铜绿假单胞菌进行共混膜的抑菌性能和抗生物污染性能测试.研究结果表明,共混GO可以降低PVDF膜的接触角,提高其亲水性,增大支撑层指状孔比例,提高纯水通量.当GO质量分数为0.5%时,PVDF膜接触角降低至64°,纯水通量提高64%.共混GO也大大提高了PVDF膜的抑菌性和抗生物污染性,在过滤铜绿假单胞菌溶液时,PVDF膜的不可逆阻力为5.4×10~(12) m~(-1),PVDF/0.5%GO共混膜的不可逆阻力为1.8×10~(12) m~(-1),减小了66.7%.     

聚偏氟乙烯/聚二甲基硅氧烷复合纳米纤维膜的渗透汽化脱盐性能研究

以静电纺丝聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜为多孔支撑层,在其上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)为致密分离层,制备了PVDF/PDMS复合纳米纤维膜,并对复合膜的渗透汽化脱盐性能进行了研究。在涂覆操作前,使用堵孔剂聚乙二醇处理PVDF纳米纤维膜,以降低涂覆过程的孔渗问题,有效提高了复合膜对盐离子的截留能力。通过扫描电子显微镜、热重分析仪和红外光谱仪等手段表征了复合膜的微观形貌、热稳定性和表面官能团形式。结果表明:聚乙二醇浓度为12%(wt,质量分数,下同)为最佳处理条件。操作温度为25℃时,渗透汽化脱盐通量可达6.46L/(m~2·h),NaCl截留率为98.8%;升温至75℃,通量可达19.3L/(m2·h),NaCl截留率为95.6%。     

纳米TiO2共混改性PVDF复合膜的制备和性能

将锐钛矿TiO₂纳米颗粒共混于铸膜液中,用溶致相转换分离法制备了纳米TiO₂改性PVDF膜,并对复合膜的结构进行了表征,研究了TiO₂纳米粒子含量对复合膜性能的影响。结果表明,随着TiO₂纳米粒子含量的增加,复合膜的表面水接触角降低、亲水性提高,纯水通量逐渐增加（TiO₂浓度<8%）,复合膜对于蛋白质吸附量降低、膜的抗污染能力提高。当LiC1的浓度（质量分数,下同）为2%、PEG600的浓度为2%、PVDF的浓度为20%、TiO₂的浓度为5%-8%时,杂化膜的孔径大小均匀,TiO2颗粒负载于PVDF膜的骨架中。与PVDF膜比较,TiO₂/PVDF复合膜的亲水性提高、对蛋白质的吸附降低、抗污染能力增强。此复合膜对Cu（Ⅱ）表现出良好的吸附-脱附性能,在150 min内对Cu（Ⅱ）的吸附率为82.19%。     

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%。      

聚偏氟乙烯/苯乙烯-马来酸酐共聚物复合膜中的偏析行为及膜性能

采用非溶剂相转化法(NIPS)制备聚偏氟乙烯/苯乙烯-马来酸酐共聚物(PVDF/SMA)复合膜。首先,探究苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)的添加量对复合膜表面偏析行为的影响;其次,探究添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基硫酸钠(SDS)对复合膜中SMA偏析行为的影响。结果表明,随着SMA添加量的增加,复合膜中SMA的偏析程度增强,在SMA的质量分数为2%时,复合膜的纯水通量为176.28 L/(m~2·h),对牛血清白蛋白(BSA)截留率为89.11%,但是随着SMA添加量的进一步增加,膜表面的孔结构发展成大裂纹,当SMA质量分数为5%时,对BSA的截留性能降低至53.87%。添加PVP后,SMA的表面偏析行为没有变化,而添加PVP/SDS后复合膜中SMA的表面偏析程度减弱,但SDS的存在增强了PVP在膜表面的富集,复合膜的纯水通量提高至409.51 L/(m~2·h),同时抗污染性能提高。     

4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的制备及性能研究

为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的水通量、抗污染能力和使用寿命,对PVDF膜进行亲水化改性.将有机-无机材料共混杂化,选取4A沸石分子筛作为无机添加剂引入PVDF/SMA-g-PEG有机基体中,制备4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG杂化膜.分别采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪观察了膜样品的表面结构.测定膜样品孔隙率达76.31%,纯水通量为700.30L/(m~2·h),对牛血清蛋白的截留率为65.5%,污染后纯水通量恢复率为94.6%,膜样品在100s内接触角的变化率逐渐增大.膜的拉伸强度和断裂伸长率在4A分子筛质量分数为16%时,与PVDF膜相比分别增长了84.9%和213.6%.4A沸石分子筛质量分数为16%的4A分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的亲水性、抗污染性和力学性能均高于PVDF膜,故其应用前景广阔.     

MWCNTs/Fe3O4/PVDF共混膜的制备及性能研究

采用浓硫酸(H_2SO_4)、浓硝酸(HNO_3)质量配合比为3∶1混酸改性、超声混融和化学水热法配置负载四氧化三铁(Fe_3O_4)的多壁碳纳米管(MWCNTs)(MWCNTs/Fe_3O_4),将酸化改性的MWCNTs/Fe_3O_4与聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)共混制膜,制得MWCNTs/Fe_3O_4/PVDF共混膜。通过对膜的膜表断面、接触角、纯水通量、孔隙率、平均孔径和有关物质的截留率进行测试。结果发现,MWCNTs/Fe_3O_4/PVDF共混膜的接触角为56.65°,纯水通量为152.866L·m~2/h,对腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA)、双酚A(BPA)、牛血清蛋白(BSA)的截留率分别为59.71%、71.16%、59.10%、76.00%,皆较纯PVDF膜有所提高,MWCNTs/Fe_3O_4的添加提高了PVDF膜的总体性能。     

两亲性共聚物PVDF-g-GDMA的合成及对PVDF膜抗蛋白质污染的改性研究

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)将二甲基丙烯酸甘油酯(GDMA)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)主链上合成两亲性共聚物改性剂PVDF-g-GDMA,采用非溶剂致相转化法(NIPS)将改性剂PVDF-g-GDMA与PVDF粉共混制备PVDF-g-GDMA/PVDF复合膜。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1 H NMR)对聚合过程进行表征,结果发现GDMA被成功地接枝到PVDF主链上。采用X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测定仪(CA)等对PVDF-g-GDMA/PVDF复合膜的表面化学组成、表面形貌、亲水性进行了表征研究;采用循环错流过滤评价装置,对复合膜的渗透通量和牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能进行研究,实验结果表明复合膜的渗透通量比PVDF膜的渗透通量提高约2.5倍,而对蛋白质截留性能的影响变化不大。总之,制备的复合膜在渗透通量、亲水性和抗污染能力方面都表现出优异的性能。     

氧化石墨烯/海藻酸钙水凝胶复合膜对水中Cd(II)的吸附

将氧化石墨烯(GO)、致孔剂与海藻酸钠共混后与CaCl₂交联制备的GO/海藻酸钙（CA）水凝胶复合膜作为含重金属废水的吸附材料。采用SEM和TEM表征了复合膜的表面形貌及透射性能,且分析了GO的加入对复合膜的力学性能、平均孔径、水通量及表面官能团的影响。为探究GO/CA水凝胶复合膜的吸附性能,考察了其吸附Cd(II)的影响因素:pH（6~7）值、初始离子浓度、接触时间、温度（三者均正相关）。用FTIR、XPS在吸附前后对复合膜进行了表征;引入了吸附动力学和等温线模型分析其吸附机制。探究结果表明GO的加入提高了复合膜的力学性能、平均孔径及水通量;吸附过程遵循Langmuir等温线,属于单层吸附,拟合得到的最大吸附量为173.61 mg/g;伪一级和伪二级吸附动力学分别在低浓度和高浓度时能较好地描述吸附过程的动力学行为;吸附机制主要为物理作用力吸附和离子交换。经过5个连续的吸附-解吸循环证明了GO/CA水凝胶复合膜的可重复利用性。      

硅橡胶/PVDF中空纤维复合膜制备与膜蒸馏性能研究

采用溶液涂覆-固化法制备了硅橡胶/聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维复合膜,实验研究了涂覆次数、硅橡胶溶液浓度、涂覆温度和固化温度等对膜结构与性能的影响。初步探讨了复合膜在处理包含表面活性剂水体过程中膜蒸馏(MD)性能的稳定性。结果表明,利用溶液涂覆-固化的方法,涂覆3次可制得均匀、稳定的复合膜,膜表面的纯水接触角由78°(PVDF膜)提升到149°。在针对含有表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)料液的膜蒸馏处理过程中,原始PVDF膜在实验进行约20min发生亲水化泄漏;该复合膜在连续2h持续运行实验内,膜蒸馏通量保持在约36.6kg/(m~2·h),产水电导率约为16.0μS/cm。     

新型五孔PVDF共混改性膜抗污染性能研究

观察新型五孔PVDF共混改性纤维膜SEM形貌特征,测量改性膜的接触角和临界通量,1#(PVDF/PMMA/TPU)、2#(PVDF/PMMA/PVC)共混改性膜分别在次临界和超临界通量下进行过滤实验.结果表明:PVDF共混改性膜具有优良的微观结构,且1#共混膜性能较好;1#共混膜的接触角比2#共混膜小;1#、2#共混膜的临界通量分别为10和14L/(m2.h);1#共混膜比2#共混膜抗污染性能好;次临界通量下共混膜的运行比超临界通量下的稳定.两种共混膜分别在次临界通量下采用单独超滤和混凝+超滤工艺处理某市地表水,得出混凝+超滤工艺处理效果较好,且1#共混膜比2#共混膜处理效果好.     

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。      

TiO_2溶胶改性PVDF中空纤维超滤膜的亲水化研究

通过PVDF铸膜液中添加TiO_2溶胶,采用相转化法制备了PVDF-TiO_2中空纤维共混超滤膜,并经SEM-EDX、亲水性与超滤测试、以及抗污染实验等手段研究了TiO_2溶胶对PVDF中空纤维膜的结构和亲水性能的影响.结果表明:当TiO_2含量为4.5%时,膜的亲水性能较好,抗污染性有明显的改善,在保持截留率基本不变的情况下,纯水通量明显提高,由108L/(m~2·h)提高到244 L/(m~2·h);但过高的TiO_2含量会产生严重的纳米颗粒团聚现象而造成膜的各项性能指标下降.     

抗污染海藻酸钙水凝胶纳滤膜对水中重金属离子的去除性能

以海藻酸钠为单体,尿素为致孔剂,采用钙离子交联的方法制备海藻酸钙水凝胶纳滤膜,并研究该纳滤膜的表面形貌、亲水性、抗污染性以及对水中重金属离子的去除。结果表明,海藻酸钙纳滤膜具有优良的抗污染性能,水接触角在2s几乎降为0。牛血清白蛋白(BSA)的通量为纯水通量的97.7%,交替过滤纯水和BSA溶液3次后,通量恢复率仍能达到91.3%。0.1 MPa压力下运行120 min,海藻酸钙纳滤膜对20 mg/L Cd~(2+)溶液的通量为15.5 L/(m~2·h),Cd~(2+)去除率达到99.5%以上。纳滤膜对混合重金属离子的去除率从高到低依次为Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)。重金属离子的去除主要依靠吸附效应和离子交换来实现。     

不同分子量聚丙烯腈共混膜的制备与表征

将普通分子量聚丙烯腈(C-PAN,Mw=18 000)与超高分子量聚丙烯腈(UHMW-PAN,Mw=1 780 000)共混,采用干-湿相转化法制备不对称共混膜.考察了聚合物浓度、共混比、凝胶浴温度、刮膜厚度、添加剂浓度等对膜结构及性能的影响.采用扫描电镜、纯水通量和BSA截留率等测试手段对所制备膜的结构及性能进行表征.结果表明:共混比及成膜过程对共混膜的结构及性能有重要影响.当铸膜液浓度为12%,C-PAN/UHMW-PAN共混比为2∶3,凝胶浴温度为40℃,刮膜厚度为100μm时,共混膜的纯水通量为580L/(m~2·h),BSA截留率为99.99%.随添加剂浓度增加,交联膜大孔结构减少,海绵状孔结构增加,导致其纯水通量降低,BSA截留率增加,膜的结构可以通过上述因素进行结构调控.     

两亲聚合物改性PVDF膜处理含油废水的研究

合成了一种两亲聚合物并共混到PVDF中,通过相转化法(L-S)制备改性PVDF平板膜,研究了改性膜在含油废水处理中的应用.通过对浓度为80～240mg/L含油水的膜分离实验表明,改性膜比纯PVDF膜的截留率和水通量都有显著提高.纯PVDF膜除油率最高达89.1％,而改性膜除油率最高达97.0％.衰减趋稳后,纯PVDF膜水通量在20 L/(m2·h)左右,而改性膜水通量稳定在50 L/(m2.h)左右.     

PVDF/CA共混微滤膜的研制

通过PVDF与CA共混来提高PVDF膜的亲水性,以纯水通量、膜的最大泡点压力、平均泡点压力等性能为指标,设计了九因素(共混比、固含量、溶剂种类、溶剂比、添加剂种类及含量、蒸发时间、凝胶浴温度、凝胶时间)四水平的正交试验表研究膜制备过程中各因素对PVDF/CA共混微滤膜性能的影响.实验结果表明:固含量是最主要的影响因素,其次是共混比、溶剂种类、添加剂含量、凝胶浴温度、凝胶时间、蒸发时间、添加剂种类和溶剂比.较佳的成膜条件为:PVDF/CA共混比4∶1,固含量12%~14%,添加剂N-甲基-2-吡咯烷酮质量分数2%~3%,二甲基甲酰胺/正丁醇混合溶剂比7∶1,蒸发时间30 s,在20~30℃的自来水中凝胶50~70 min.在此较优条件下可制备孔径为0.55~0.65μm,0.06 MPa下的纯水通量27℃时为205.37~292.53 mL/(cm2.h)的PVDF/CA共混微滤膜.     

聚偏氟乙烯/坡缕石复合膜的制备及性能研究

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜的综合性能,将自然界中亲水性纤维状物质坡缕石(APT)作为一种添加剂加入铸膜液中,通过相转化法制备出PVDF/APT复合超滤膜。系统研究了APT的添加对复合膜微观结构、亲疏水性、过滤性能、热稳定性及抗污染性能的影响规律。结果表明,同原膜相比,复合膜孔径变小,亲水性提高,水通量、蛋白截留和抗污染能力提高。接触角由原膜87.4°降低到78.8°;APT添加量6%时,水通量由原膜104.1L/(m2·h)增加到复合膜232.4L/(m2·h);牛血清蛋白(BSA)污染后,复合膜通量恢复率由原膜37.9%上升到59.4%。综合实验结果表明,APT是一种优良的PVDF膜改性剂,添加量为6%时,膜具有较好的综合性能。