纳米SiO2-氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及特性

采用原位水解的方式制备了新型SiO₂-氧化石墨烯（GO）纳米杂化颗粒。选择GO、SiO₂、SiO₂-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯（PVDF）杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛血清白蛋白（BSA）截留率和污染恢复率等参数。结果表明,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的接触角从78.4°减小到66.02°,膜的亲水性能有所提升。同时,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的纯水通量最大（1 018 L/（m²·h））,对BSA的截留率达到81.5%,污染恢复率达到了78.65%以上。新型SiO₂-GO纳米杂化颗粒协同PVP添加剂增强了PVDF超滤膜的水通量、污染物截留和抗污染特性等综合性能,为传统PVDF有机膜的改性提供了一种新方法。     

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.     

PVDF/TiO2杂化超滤膜的制备与表征

钛酸丁酯(TBT)直接加入到铸膜液中,在相转化成膜的同时,膜液中的TBT发生水解反应,从而制备出有机-无机杂化膜.实验中制备出不同TiO2含量的PVDF/TiO2杂化膜,研究了添加剂含量对杂化膜的水通量、牛血清蛋白(BSA)截留率和接触角的影响,并通过SEM、EDS和DSC对膜结构进行表征.研究结果显示:杂化膜较未加入TBT的膜的性能有所改善,当TBT加入量为5.7%(质量分数)时,膜的水通量增加了1倍而截留率保持在90%以上;同时TBT对膜结构也有一定影响:杂化膜中海绵状孔减少,指状孔增多;TBT的水解产物部分存留在杂化膜中.     

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%。     

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.     

Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究

通过室温搅拌法合成了Cu(tpa)纳米晶,并将其作为改性剂制备了Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜.通过XRD、FTIR和SEM等手段表征Cu(tpa)纳米晶,系统研究了Cu(tpa)纳米晶及其含量对PVDF杂化超滤膜的形貌、结构以及性能的影响.采用SEM、XRD、FTIR、静态水接触角等手段对杂化膜进行了表征,结果表明,Cu(tpa)纳米晶可以有效调节PVDF膜的内部结构,当Cu(tpa)添加质量分数为5%时,Cu(tpa)/PVDF膜内部全部为海绵状结构.性能测试结果显示,添加Cu(tpa)材料可以显著提高PVDF膜的纯水通量,同时对BSA截留率保持在96%以上.此外,BSA静态吸附和恢复水通量测试表明,Cu(tpa)/PVDF膜具有良好的抗污染性能.     

聚偏氟乙烯中空纤维医用膜的研制

利用非溶剂相转化法,制备不同聚偏氟乙烯(PVDF)改性膜.研究PVDF与聚乙二醇(PEG)-400固含量对膜性能的影响,并将PVDF改性膜与市售血液透析膜F60S的性能进行了对比分析.结果表明,随着PVDF固含量的增加,膜分离孔径和纯水通量逐渐减小,BSA截留率和机械性能提高;随着PEG-400固含量的增加,膜分离孔径先减小后增大,BSA截留率先增加后减小,纯水通量逐渐提高,机械性能下降.PVDF/PEG膜分离孔径与纯水通量比F60S膜略低,BSA截留率、机械性能、血液相容性与F60S膜相比均具优势.     

PES／纳米SiO2杂化膜的成膜机理及性能研究

利用湿法相转化方法，通过在聚醚砜（PES）铸膜液中添加适量的纳米粒径的SiO2，制得了具有不同含量纳米SiO2的PES／SiO2杂化膜。对分相过程中的成膜动力学、膜的微观结构以及性能进行了分析测试，结果表明与纯PES相比，铸膜液中添加了4wt％纳米SiO2后，PES体系的成膜速度有所提高。膜断面的SEM照片表明，PES／SiO2杂化膜有更大的指状孔。膜性能测试结果表明，体系中SiO2含量对PES杂化膜的纯水通量和截留率有影响，在添加的纳米SiO2的含量较少时，所得PES杂化膜的截留率明显升高，水通量则相反而有所降低；随着体系中SiO2含量的进一步增加，PES／SiO2杂化膜的水通量明显增大，同时增强的截留率也得到了保持。     

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.     

一种新的制备有机-无机杂化膜的方法——前驱体水解聚合法制备聚偏氟乙烯-硅杂化膜

首次提出一种制备有机-无机杂化膜的新方法,即将正硅酸乙酯(TEOS)直接添加到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,在入水凝胶时,PVDF逐渐固化成膜,而TEOS同时也与水发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物,这就为形成无机高分子与PVDF互穿网络结构或分子链相互缠绕创造了机遇,为制备力学性能优良的聚偏氟乙烯-硅杂化膜提供了可能.实验初步考察了正硅酸乙酯的添加量对聚偏氟乙烯-硅杂化膜的超滤性能和力学性能的影响,对杂化膜进行了能谱分析.结果表明:1)能谱实验证明杂化膜表面有Si元素存在,表明TEOS在凝胶过程中发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物留在杂化膜中;2)在无致孔添加剂存在时,随TEOS添加量的增加,杂化膜的纯水通量增大,而对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势;当TEOS含量为8%时,与无TEOS的PVDF膜相比,杂化膜的拉伸强度σt和弹性模量E几乎增加一倍;3)在有致孔添加荆PVP K30和无水LiCl存在时,杂化膜的纯水通量随TEOS添加量的增加呈先升后降然后再上升的趋势,对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势.当TEOS添加量为12%时,与无TEOS的PVDF膜相比,超滤性能相近,但杂化膜的拉伸强度σt和弹性模量E增加近一倍.     

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。     

添加剂PEG对PVDF/SiO_2杂化膜性能的影响

在PVDF/SiO2体系中添加了PEG,利用浸没沉淀相转化法制备了PVDF/SiO2杂化膜,并对膜性能进行测试,采用SEM观察膜表面与断面的微孔结构.结果表明:铸膜液中加入PEG,促进了SiO2在PVDF体系中的分散,增加了界面微孔数量,该膜试样在保持较高截留率的情形下,水通量得到了一定程度的提高.SEM断面照片显示,在PVDF/SiO2体系中加入PEG,制备的PVDF/SiO2杂化膜试样中大孔的数量增多,而且孔壁上细小微孔数量也增多.     

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.     

聚偏氟乙烯膜表面丙烯酸接枝改性研究

采用自由基接枝聚合反应制备了丙烯酸改性的聚偏氟乙烯膜,研究了单体浓度对接枝率的影响,测定了改性后样品的红外光谱、表面接触角、水通量、蛋白吸附等.结果表明,通过自由基接枝聚合,丙烯酸接枝到膜的表面,明显提高膜的亲水性.接枝后膜的水通量也非常明显下降,特别是在高丙烯酸浓度下.改性的膜的通量对溶液的pH值有明确的响应关系,表明接枝链在水中的溶胀对膜的性能有显著的影响.蛋白吸附实验表明,改性后的膜相比未改性膜有较高的吸附量,而且在酸性情况下,膜的吸附量较大,这主要与丙烯酸和蛋白质之间的相互作用有关.     

热致相分离法制备聚偏氟乙烯微孔膜

对聚偏氟乙烯(PVDF)/碳酸二苯酯(DPC)体系,采用热致相分离(TIPS)法制备了PVDF微孔膜.通过稀释剂的溶度参数对体系的相容性进行分析,热力学相图和不同PVDF质量浓度下制备的微孔膜断面照片均证明该体系具有较宽的液-液相分离区.PVDF/DPC体系偏晶点对应的PVDF浓度约为质量分数56%,低于此浓度体系降温后先发生液-液相分离,随着PVDF浓度的增大,微孔膜断面结构由双连续结构转变为蜂窝状结构,且膜孔孔径减小,高于此浓度体系降温后只发生固-液相分离,微孔膜断面呈块状紧密堆积结构.较快的冷却速率有利于低PVDF浓度时较小孔径膜和高PVDF浓度时较小球粒尺寸膜的生成.     

静电纺丝法ZrO_2/PVDF-PAN超级电容器隔膜的制备及其电化学性能

采用静电纺丝法,以聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)为基体,通过改变ZrO_2的含量,制备了ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜。用SEM和比表面积测试仪(BET)分别对复合纤维膜的形貌和比表面积进行了表征。结果表明:纳米ZrO_2的加入量对ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜的形貌有较大影响,随着纳米ZrO_2含量的增加,纤维表面变得凹凸不平,提高了纤维膜的比表面积,进而提高了纤维膜的吸液率,且当ZrO_2含量为PVDF和PAN总质量的0.4%时达到最大值。将复合纤维膜组装成超级电容器,利用电化学工作站对其循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)性能进行测试,研究了ZrO_2的加入对复合纤维膜电化学性能的影响。结果表明:ZrO_2的加入提高了ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜的电导率,当ZrO_2含量为0.4%时其电化学综合性能最好,其中比容量达126.0F/g,离子电导率为9.31×10~(-3) S/cm。