聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水化制备方法研究

提出了一种新的多孔膜表面疏水化处理方法,通过超滤操作,使分散液中聚偏氟乙烯(PVDF)颗粒沉积在PVDF中空纤维膜表面,然后进行干燥处理,利用PVDF材料特有的本体粘附效应,得到表面疏水化改性的PVDF膜。通过超声处理改性后的PVDF膜,验证了表面疏水层与基膜的结合稳定性。初步优化了涂覆工艺条件:预洗酒精体积浓度80%;预洗基膜时间120min;涂覆后膜丝干燥时间60min;PVDF颗粒固含量0.099%(质量分数);涂覆压力0.050MPa;涂覆时间30min。涂覆后PVDF中空纤维膜内表面接触角从(83±3)°提高至(144±3)°。涂覆后的膜应用于高污染的发酵液膜蒸馏中,抗亲水化时间从180min延长至380min。     

膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_2纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_2/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_2/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m~2·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.     

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°.     

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.     

TiO_2对PVDF超滤膜结构与性能的影响

实验制备了两种TiO2分散液,并将其填充到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中制得PVDF/TiO2杂化膜.考察了分散液填充比率对杂化膜的通量、截留率、接触角等性能的影响,用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等技术表征杂化膜的微观结构.结果表明,两种TiO2分散液均能不同程度地改善膜的性质,且当分散液的填充比率为10%时,杂化膜的各项性能稳定,表面接触角得到有效改良,对牛血清蛋白(BSA)截留率改变较小,杂化膜纯水通量显著提高,最高水通量可达257.87L/(m2.h).XRD和SEM分析的结果表明,TiO2分散液的加入使其羟基数有不同程度的增加,杂化膜表面更加平滑,亲水性改善.     

锡青铜表面超疏水薄膜的制备及其水润滑减摩性能

为了改善锡青铜在水润滑条件下的摩擦性能,在其表面以1％氟硅烷乙醇溶液制备了超疏水薄膜.通过扫描电镜(SEM)观察了超疏水薄膜的表面形貌,测量了其接触角;在CETRUMT-2球-盘摩擦磨损试验机上考察了超疏水薄膜水润滑下的减摩性能.结果表明:锡青铜表面刻蚀并成膜后形成了粗糙的微纳复合结构,刻蚀40 min表面接触角可达151.1°,具备超疏水性能;超疏水薄膜在水润滑下具有较低的摩擦系数,可有效降低摩擦副的磨损.     

脱硫用PVDF膜的结构调控与性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法制膜,研究了亲/疏水性的添加剂对PVDF膜结构、接触角及气通量的影响;采用含氟表面活性剂 Zonyl 8740对PVDF膜进行疏水改性,通过ATR-FTIR、FE-SEM、接触角等对膜表征,并进行脱硫性能评价.结果表明,疏水性添加剂使PVDF膜表面水接触角提高,添加剂种类对膜气通量有明显影响,在20℃、0.01 MPa实验条件下,PVDF膜最大气通量为85.6 m3/(m2·h),Zonyl 8740涂覆改性后PVDF膜表面疏水性提高,水接触角可达到133.5°,二氧化硫脱除率可达到81.3％.     

聚偏氟乙烯超疏水分离膜的制备

采用溶液涂覆-浸没相分离法对聚偏氟乙烯膜(PVDF)进行表面复合改性,制备了超疏水分离膜。初步考察了涂覆液中PVDF固含量和涂覆条件(浸泡时间、预蒸发时间、凝固浴组成和凝固浴温度)对复合膜疏水性能的影响。实验结果表明,当涂覆液中PVDF含量为1.88%(质量分数)时,膜丝有最大接触角136°;复合膜的接触角随浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势,当浸泡时间为40s时,接触角最大,达到133°;在较短时间内(0～5s),预蒸发时间对复合膜的接触角影响不大;复合膜的接触角随着凝固浴中DMAc含量的增加而逐渐减小,随着凝固浴温度的增大而增大,当凝固浴温度为65℃时,膜表面的接触角增至153°。     

膜蒸馏用PDMS/PVDF中空纤维疏水膜的研制

膜表面的疏水化是减缓膜蒸馏过程中膜润湿问题的有效策略.采用表面涂覆-固化法,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂甲基三乙氧基硅烷(MTES)和催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)在膜表面的反应,形成致密的甲基嵌段PDMS-MTES疏水层,制备了PVDF/PDMS疏水复合膜.探究了PDMS/MTES/DBTL质量比、PDMS质量分数和涂覆时间等对复合膜结构与性能的影响.利用该方法,复合膜接触角达到130°,膜的疏水性和膜蒸馏过程中的抗润湿能力得到显著提升.该膜在360 min的表面活性剂溶液膜蒸馏实验中性能稳定,而未改性膜在30 min内即完全亲水化.     

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。     

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.     

疏水/超疏水船用铝合金表面制备及其耐久性

采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在抛光和经激光刻蚀的船用铝合金表面,制备疏水/超疏水铝合金表面。利用使试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试疏水/超疏水表面的耐久性,结果表明:抛光表面的接触角随SiO2浓度的增高而增大,最大可达150.8°,但表面对水滴具有强黏附力。当摩擦滑行距离达到10m时,接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°;激光刻蚀的网格和点阵微结构表面既具有超疏水特性又呈现出低黏附力;且网格表面的接触角更大,最大达155.4°,滚动角更小,最小仅为0.34°。当摩擦滑行距离达到10m时,表面依然疏水,且网格微结构的耐久性更强。     

巯基烯烃点击反应制备超疏水聚偏氟乙烯中空纤维膜及其加湿性能

为更好地发挥中空纤维膜加湿器的加湿作用,提高加湿性能,提出对中空纤维膜进行超疏水改性.利用溶胶凝胶法制备二氧化硅(SiO2),八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OV-POSS)与巯基-聚二甲基硅氧烷(PDMS-SH)通过巯基烯烃点击反应形成POSS-S-PDMS聚合物,利用涂覆法将其涂覆在聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜表面.在膜表面与涂层、涂层与涂层之间均利用化学键连接以提高涂层的牢固度,制备了一种具有SiO2-PDMS-POSS稳定性涂层的超疏水复合膜.研究了光引发剂的质量分数、二氧化硅粒径影响因素对复合膜的影响,并对复合膜进行了表征.最终制备的复合膜接触角达到156°,加湿效率由48％提高为58.32％.     

膜蒸馏用抗污染PVDF复合膜的制备与研究

提高膜表面的疏水化及液体进入压力(LEP)是减缓膜蒸馏过程中膜污染问题的有效策略.以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂覆-固化法将乳液组装到PVDF膜表面,制备了具有抗污染性能的复合膜.探究了涂覆时间对膜的形貌及性能的影响,并考察了复合膜的抗污染和抗结垢性能.结果表明,当涂覆时间为20 min时,复合膜的水接触角达到115°,LEP达到0.75 MPa.在DCMD浓缩实验中,复合膜在分别处理质量分数3.5%NaCl、质量浓度50 mg/L的HA和14.7 mmo/L CaSO₄水溶液时,膜通量稳定,冷凝液电导率保持在10μS/cm以内,表现出优异的抗污染和抗结垢性能.此外,考察了中空纤维复合膜的稳定性.结果表明,复合膜在浓缩质量分数3.5%NaCl水溶液时,膜通量为16 kg/(m²·h),冷凝液电导率保持在15μS/cm以内,表现出良好的长期稳定性能.     

A3碳钢表面PDMS-SiO_2/PANI超疏水膜的制备及其防腐蚀性能

为了提高超疏水膜的使用寿命,通过改变聚二甲基硅氧烷修饰的二氧化硅(PDMS-SiO_2)纳米粒子的含量,用简单的提拉法在A3碳钢表面构建一层包含聚苯胺(PANI)、PDMS-SiO_2和环氧树脂的超疏水膜。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱仪和接触角测量仪对其表面进行表征。PDMS-SiO_2纳米粒子不仅能够增加膜的表面粗糙度,而且能够降低膜的表面能,当PDMS-SiO_2含量达到25.0%时,所制备的膜具有超疏水性。采用电化学工作站对复合膜的防腐蚀性能进行研究,结果表明:与传统的聚苯胺环氧树脂涂层相比,采用PDMS-SiO_2/PANI构建的超疏水膜具有更好的防腐蚀效果。     

表面形貌对润湿性及抗附着性能的影响

为研究表面形貌对表面润湿性和抗附着性能的影响,采用激光刻蚀技术制备点阵微结构和仿生贝壳表面网格微结构,将SiO2纳米粒子涂覆在微结构上制备微纳结构。研究表明,Ti6Al4V合金表面经激光刻蚀后由亲水变为超亲水状态。经低表面能修饰后,点阵微结构表面符合Wenzel模式的疏水状态,而网格微结构表面符合Wenzel模式的超疏水状态。在点阵和网格微结构上涂覆SiO2形成微纳结构表面均符合Cassie模式的超疏水状态,且网格结构表面的接触角更大,滚动角更小。浅海挂板实验显示,微生物粘膜附着量由多至少的顺序为:超亲水状态的点阵微结构表面亲水的抛光表面超亲水状态的仿生网格微结构表面符合Cassie模式的超疏水表面。     

可见光宽波带减反超疏玻璃的制备工艺及结构探讨

高透射率和自洁净复合功能化是光伏玻璃研究热点。利用光伏玻璃原片，以乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)和乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)混合溶液为刻蚀液，通过水热刻蚀，再经十二烷基三乙氧基硅烷(DTES)疏水修饰，成功得到具有可见光宽波带(380～780 nm)减反超疏玻璃。探究了水热温度、反应时间、络合物混合比例、络合物添加量对膜层结构和光学性能的影响，以及疏水剂涂覆工艺和预处理时间对表面润湿性的影响。在160℃、8 h,刻蚀液中络合物为EDTA-2Na(40%,体积分数)与EDTA-4Na(60%,体积分数)、EDTA-nNa (0.34 mol/L)总添加量为4%(体积分数)时，所得玻璃的可见光380～780 nm各个波长的反射率小于1%;总反射率为0.45%,总透射率为98.85%,雾度为0%。采用旋涂法涂DTES进行表面疏水修饰，预水解时间为18 h时，可获得超疏水性能，水接触角为150.86°,滚动角为5.9°。表面疏水修饰对减反射性能影响很小。     

聚偏氟乙烯超疏水纳米纤维膜的制备及性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)粉末为原料,将N,N-二甲基甲酰胺与丙酮按体积比8∶2配制成含量和黏度可控的纺丝液,用静电纺丝法制备了PVDF超疏水纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜和图像分析软件对所制纳米纤维膜的形貌、孔径分布及孔隙率、表面接触角、纯水通量等进行分析,考察了纺丝液含量、施加电压、接收距离、纺丝速度对超疏水纳米纤维膜的影响。结果表明,在纺丝液含量为10%(质量分数)、施加电压为18kV、接收距离为15cm、纺丝速度为1.0mL/h条件下,通过连续静电纺丝制备的超疏水纳米纤维膜具备最优的防水效果。     

基于PVDF的高粘附力超疏水表面的制备和性能

使用金相砂纸打磨的方法在聚偏氟乙烯(PVDF)基片上构建了粗糙结构,然后使用氟化试剂全氟辛基二甲基氯硅烷(PFODMCS)对粗糙的PVDF基片进行化学修饰即得到高粘附力的PVDF超疏水表面。该表面对水滴接触角为153.2°,将表面倾斜90°或180°倒置后水滴仍不能滚动的,显示出表面与水滴之间具有强的粘附性。分别使用X-射线光电子能谱仪(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对PVDF超疏水表面的化学成分和微观形貌进行了表征。使用高敏感电子天平测试了超疏水表面与水滴之间的粘附力,其最大粘附力高达87μN。     

微纳米结构超疏水膜层的构建与性能研究进展

介绍了超疏水膜层制备的理论,综述了微纳米结构超疏水膜层的构建方法与纳米粒子在超疏水膜层制备中的应用。微纳米结构与低表面能是形成超疏水膜层的2个关键要素,目前的制备方法在一定程度上实现了基体表面的超疏水性能,但试验设备贵、操作复杂、成本高;改性纳米粒子在超疏水膜层制备中具有重要应用,但存在官能团不稳定、改性剂成本高、表面微观结构脆弱等问题。因此,研究易于操作、低成本的制备技术、获得耐用性好的膜层是超疏水材料的重要研究方向。