两种支撑材料对PVDF膜微观结构和性能的影响

选用2种无纺布(W₁、W₂)作为膜支撑材料，通过非溶剂致相分离(Nips)法制备聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜，利用扫描电子显微镜、接触角测试仪对无纺布和膜的形貌和亲水性进行分析，分析支撑材料的表面形貌和亲水性对PVDF膜微观结构、抗污染、水通量和剥离强度的影响。结果表明，W₂的纤维直径较大，呈三维排列的网络几何结构，纤维间的结合更紧密。与W₁相比，W₂接触角增大至96°,虽然支撑材料的亲水性降低，但是，以W₂为支撑材料制备的PVDF膜综合性能最佳，纯水通量为910 L/(m²·h),通量恢复率为98.4%,无纺布与膜的剥离强度为244 N/m。在相同刮膜条件下，以W₁为支撑材料制备的膜纯水通量为230 L/(m²·h),通量恢复率为80.6%,剥离强度为160 N/m。因此，将密度小、质量大的无纺布(W₂)作为支撑材料，能提高PVDF平板膜的综合性能。     

新型凝胶填充复合膜用于碱性水电解

采用多孔填充策略，以多孔聚苯硫醚(PPS)无纺布为基膜，以聚乙烯醇(PVA)凝胶作为填充物，制备出凝胶填充复合膜。通过简便的刮涂法，结合化学交联，制备出PVA填充PPS交联复合膜(PPS-PVA),该膜同时具有高离子传导率、阻气性、化学稳定性和机械稳定性。在80℃条件下，与Zirfon UTP-500商品膜相比，PPS-PVA复合膜具有低面电阻(150 mΩ·cm²)和低氢气渗透率[3.5×10^-8 mol·(cm^-2·s^-1·kPa^-1)]。在60℃、30%KOH溶液中进行碱稳定性测试，500 h后复合膜中PVA的质量仍能保持在初始值的88%左右，并且膜保持良好的机械强度。采用PPS-PVA复合膜在500 mA·cm^-2的电流密度下进行单池碱性水电解，需要电压为1.91 V,低于使用Zirfon UTP-500膜时需要的1.96 V。     

二次刮膜法制备处理石化污水聚偏氟乙烯复合膜

研究了一次刮膜形成偶联层的涂覆液组成与刮膜厚度以及二次刮膜铸膜液的配方与成膜工艺,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对制备的膜组成及结构进行了表征。首先通过聚合物共混相容性实验筛选出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支撑层聚酯无纺布与聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液之间的偶联层聚合物,确定一次刮膜涂覆液中PMMA的质量分数为12%,刮膜厚度为20μm;然后优化确定了二次刮膜铸膜液配方NMP/PVDF/PMMA/PVP质量比为74/16/4/6。经二次刮膜法制备的聚偏氟乙烯平板复合超滤膜机械强度高,抗反洗能力强,主体材料为PVDF,在0.1 MPa条件下纯水通量稳定在628.1 L/(h·m~2),接触角为53.7°,用于实际石化废水处理运行1个月膜平均产水通量约为68.3 L/(h·m~2),产水浊度基本稳定在0.2~0.6 NTU之间,膜表面污染物较少,抗污染能力强。     

两亲性聚合物沉积法聚四氟乙烯中空纤维膜的亲水改性研究

以具有两亲结构的两亲性聚合物脂肪醇聚氧乙烯醚，通过回旋振荡涂覆法对疏水的聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜改性处理制备亲水性聚四氟乙烯膜，在膜表面形成亲水沉积层，并研究了两亲性聚合物浓度、涂覆时间、热处理时间和热处理温度对PTFE中空纤维膜亲水性能的影响。结果表明，两亲性聚合物浓度为5%,涂覆时间2 h,热处理时间和温度分别为16 h和40℃条件下制备的聚四氟乙烯中空纤维膜，纯水通量可达2 482 L/(m²·h)。     

壳聚糖/聚乳酸复合膜的制备及其吸附性能

为了减小水处理废弃膜对环境的危害，以静电纺聚乳酸(PLA)纤维膜为基底层，采用浸涂的方式将壳聚糖(CS)涂覆层与PLA基底层复合形成了CS/PLA复合膜。采用SEM、XRD对其进行了表征。考察了CS与PLA体积比对膜性能的影响。结果发现，当CS和PLA体积比为7∶5时，CS涂覆层表面致密且平整，其厚度为7μm,CS/PLA复合膜的拉伸强度为2.55 MPa，断裂伸长率为24.96%，纯水通量为115.32 L/(m²·h)，对酸性染料的渗透通量为99.43 L/(m²·h)，吸附率达96%；对牛血清蛋白和卵清蛋白的吸附率分别为86%和84%；对Cu²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺的平衡吸附量分别为165.00、248.54和307.83 mg/g。     

超亲水PVDF纤维复合膜的制备及其油水分离性能研究

为解决聚偏氟乙烯(PVDF)膜分离含油废水时亲水性差、易被污染的问题，利用乙烯-co-马来酸酐共聚物(PEMA)的超润湿性能，先将PVDF和PEMA共混后通过静电纺丝制备出富羧基PVDF纤维复合膜，后在纤维表面原位生长微纳米CaCO₃颗粒对膜进行矿化处理得到超亲水PVDF纤维复合膜，并将其用于油水分离。探讨PEMA含量和矿化条件对纤维复合膜结构与性能的影响，明确膜微观结构、表面化学组成与膜油水分离性能、抗污染性能之间的关系。结果表明：当PEMA与PVDF质量比为1:4、经3次循环矿化后所制备的PVDF纤维复合膜具有最佳的亲水性能，水接触角从131.12°降至18.55°、在重力下纯水渗透通量为391.96 L/(m²·h)；膜具有优异的抗油粘附性能和水下驱油能力，对于正己烷/水、甲苯/水、石油醚/水、大豆油/水、二氯乙烷/水等混合物进行油水分离时效率均高达98.5%以上；10次循环油水分离实验和持续水洗实验表明该纤维复合膜具有很好的恢复性和亲水持久性。     

聚乙二醇/氧化锑锡纳米复合纤维结构及保温透气性能

功能户外防护材料中热能管理是一个重要的方面。对于功能织物开发而言，大都采用涂层后整理技术，但是其功能性和透气性的平衡是关键。本文以静电纺丝技术制备了聚乙二醇/氧化锑锡（PVA/ATO）纳米复合纤维膜，采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重（TG）对纳米复合纤维进行了表征，并对PVA/ATO/黏胶热轧复合材料的保温性能及透气性进行了测试。结果表明：PVA中ATO具有良好的分散性，部分ATO纳米颗粒镶嵌在纤维表面。PVA/ATO/黏胶热轧复合材料的保温率相对于基材黏胶热轧布提高了28.9%，达到37.1%，相应传热系数为12.62W/m²·℃，克罗值0.32。ATO纳米颗粒的加入可以直接改善PVA纳米纤维膜的堆积结构，使得PVA/ATO/黏胶热轧复合材料的透气性相对于PVA/黏胶热轧复合材料有明显提高，但趋势随纳米纤维层厚度的增加而降低。PVA/ATO纳米复合膜可以复合到多种基材上，从而为基于纳米纤维功能材料开发保温透气功能提供了思路。     

PHBV/PVA复合膜的制备及其性能研究

采用静电纺方法制备聚羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)纤维膜材料,通过调节纺丝液中无水乙醇的含量制备出形态均匀的PHBV静电纺纤维膜。用浇铸法将聚乙烯醇(PVA)涂敷在PHBV静电纺纤维膜上,制备PHBV/PVA复合膜,通过调节PVA的浓度及涂覆量,研究复合膜配比对其力学性能及过滤性能的影响。结果表明,当PVA浓度为8%,PHBV/PVA体积比为2/3时,得到最佳性能的PHBV/PVA复合膜,水通量达到996 L/(m2.h),截留率为86%。     

连续化静电纺尼龙6/改性聚乳酸复合膜的制备及性能

以聚乳酸无纺布(PLA)为基材,通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对PLA进行改性(mPLA),并采用连续化电极丝静电纺丝法在mPLA表面制备尼龙6(PA6)纳米纤维膜得到了mPLA/PA6复合膜。使用红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征mPLA/PA6的化学结构、结晶行为和微观形貌,并对其空气过滤性能、疏水性能和降解性能进行了研究。结果表明,KH550修饰在PLA纤维上,将复合膜由亲水转变为疏水,水接触角为131°。当纺丝电压为80 kV,收卷速度为0.2 m/min时,复合膜的平均直径为58 nm,对直径≤0.3μm的细颗粒物(PM0.3)的过滤效率为99.9%,过滤阻力为118.7 Pa;此时产量为14.4 m²/h;且在17.5 W/m²紫外辐照强度下4 d降解率为99%,为工业连续化制备可降解空气过滤材料探索了有益的途径。     

无纺布支撑PVDF纳米纤维疏水膜的制备及其性能研究

以N,N-二甲基甲酰胺和丙酮为混合溶剂,采用静电纺丝法制备了基于不同无纺布支撑的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维疏水膜,考察了不同无纺布支撑材料对膜结构与膜性能的影响;利用扫描电子显微镜、接触角测量及膜蒸馏脱盐实验等对纳米纤维膜的结构及性能进行了表征。结果表明,以不同无纺布为支撑材料的电纺纳米纤维膜具有良好的疏水性,接触角最高可高达149.5°;复合膜整体孔隙率最高为79.8%,纳米纤维分离功能层的孔隙率最高可达92.6%;纳米纤维膜平均孔径随着静电纺丝时间的延长而降低,膜平均孔径在1.25~2.02μm,尽管膜孔径分布情况各不相同,但复合膜的盐截留率均能达到99.99%以上。以质量浓度35 g/L的NaCl溶液为进料液进行直接接触式膜蒸馏脱盐实验,在疏水膜两侧温差为60℃条件下膜通量最高可达48.84 kg/(m~2·h)。     

PDMS/ZSM-5膜的制备及渗透汽化分离水中乙酸正丁酯和乙酸乙酯

为探究出适合分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯的新型渗透汽化膜材料,选用沸石ZSM-5 对聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料进行填充改性,以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,采用刮涂法制备PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜渗透汽化分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯。采用SEM、接触角测量仪、FTIR、TGA和XRD等对膜材料物理化学性能进行表征,考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明,ZSM-5在 PDMS 膜中分散均匀,且没有发生化学作用,并提高了膜材料的疏水性和热稳定性。随着ZSM-5添加量的增加,膜在乙酸正丁酯和乙酸乙酯的溶胀度和待分离组分在膜材料中的扩散速率不断增加。随着进料浓度和温度的增加,渗透通量不断增大,分离因子先增大后减小。随着ZSM-5在PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜中含量的增加,总渗透通量增加,而分离因子呈现先增加后减小的趋势。当添加量为10%（质量）时,分离因子达到最大值。对于乙酸正丁酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为319 g·m ^-2·h ^-1和131;而对于乙酸乙酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为1385 g·m ^-2·h ^-1和121。     

羟基化PPESK复合膜的制备及性能研究

采用NaBH₄对杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK)支撑膜进行羟基化亲水改性，通过间苯二胺和均苯三甲酰氯的界面聚合反应制备复合膜。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、水接触角仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究羟基化改性对膜表面的形貌结构、原子组成的影响，并测定复合膜对2 000 mg·L^-1 Na₂SO₄水溶液的分离性能。结果表明：羟基化改性的PPESK-OH支撑膜的亲水性增强；PPESK-OH复合膜的聚酰胺层的交联度较高；PPESK-OH复合膜和PPESK复合膜的脱盐率接近，PPESK-OH复合膜的水通量较PPESK复合膜增大了约38%。     

壳聚糖/无纺布复合膜的制备及其耐污染性能研究

采用内表面涂覆法,制备天然高分子壳聚糖与聚丙烯无纺布的复合膜。环境扫描电子显微镜观察发现,壳聚糖/无纺布复合膜的形态结构变化较小。衰减全反射-傅立叶变换红外光谱分析表明膜表面引入了-OH和-NH2。复合膜表面的亲水性明显提高,水动态接触角从基膜的95°降至改性后的33.4°。通过考察膜的清水通量和阻力及MBR运行出水的粒径分布,分析基膜及复合膜的渗透和截留性能,表明复合膜的渗透能力和截留能力比基膜均有提高。对复合膜的抗污染性能进行了分析,结果表明复合膜表面BSA的静态吸附量降低了96.5%,在MBR中持续运行60小时后,纯水通量降低率比无纺布基膜低24.66%,通量在水洗和化学清洗后的恢复率比基膜分别高38.76%和35.78%,而污染后的比通量是基膜的1.85倍。表明无纺布膜在经过壳聚糖改性后,抗污染能力明显增强。     

烧结温度对TiO2/不锈钢中空纤维复合膜结构和性能的影响

不锈钢中空纤维膜基膜孔径大,直接涂覆分离层容易产生表面缺陷。在二氧化钛悬浮液中加入聚乙烯醇作为黏结剂,通过真空辅助抽滤法在不锈钢中空纤维基膜表面形成一层均匀的分离层。通过高温烧结得到了TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜,考察了烧结温度对于TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜表面分离层形貌和结构的影响。不同烧结温度时,TiO₂/不锈钢中空纤维复合膜的表面形貌有所差异;随着烧结温度的升高,不锈钢复合膜的孔径和纯水通量均先升高再下降。当烧结温度为500℃时,表面涂层均匀,孔径分布集中,水通量较高。最后,以SPT-500膜测试了水包油乳液分离效果,分离效率达到99%以上,且具有良好的抗污染性能。     

聚乙烯醇-SiO2/聚酯无纺布膜的制备及性能研究

采用聚酯无纺布(PET)作为支撑层,利用相转换法在PET表面制备聚乙烯醇(PVA)或PVA-SiO₂活性层,得到了PVA/PET复合膜与PVA-SiO₂/PET复合膜。考察了2种复合膜的过滤性能和污染行为。结果表明,PVA中加入质量分数4%纳米SiO₂颗粒,复合膜的接触角降至33.1o,亲水性显著增强,而膜孔径减小至3.1 nm,降低了85.5%,PVA/PET超滤膜转变为PVA-SiO₂/PET纳滤膜(0.6 L/(m²·h))。PVA-SiO₂/PET复合纳滤膜对海藻酸钠的抗污染性能较强。纳米SiO₂对复合膜的污染机制无明显影响,模拟污染物对复合膜的污染机制以标准堵塞为主。     

热处理蔗渣纤维素/PVA复合膜的制备及性能研究

为提高纯蔗渣纤维素膜的包装性能,通过热处理和氢键作用制备性能优良的蔗渣纤维素/聚乙烯醇(PVA)复合膜。对复合膜的结构、力学性能、阻隔性、耐水性等进行综合表征分析。结果表明,经过170℃热处理后,含4%PVA的蔗渣纤维素复合膜的综合性能最佳。由于纤维素与PVA之间氢键以及热处理后醚键的共同作用,复合膜拉伸强度与断裂伸长率分别达到了52.83 MPa和26.32%,相比纯纤维素膜分别提高了约33%和500%。PVA的引入使得复合膜的氧气透过率[0.75×10^-14 cm³·cm/(cm²·s·Pa)]相比纯纤维素膜[3.6×10^-14 cm³·cm/(cm²·s·Pa)]降低了5倍。此外,复合膜的力学性能与透氧性能对高湿度的敏感性较低,表明其有良好的耐水性。综合分析表明,复合膜在食品包装材料方面,具有潜在的应用前景。     

PLA超细纤维/非织造吸声材料的制备及性能

目前石油基多孔吸声材料在市面上被广泛应用,在环保方面仍存在一系列问题亟待解决,因此需要开发绿色可降解的多孔吸声材料。首先以聚乳酸(PLA)纤维为原料,通过针刺非织造工艺制备了PLA针刺非织造材料,考察了针刺道数、纤维喂入量、针刺深度对非织造材料结构和吸声性能的影响。结果表明,较大的纤维喂入量和适当针刺深度能够显著提升非织造材料的吸声性能,在针刺道数8道和针刺深度5 mm下制备的面密度为300 g/m²的针刺非织造材料(PLA_300-8-5)吸声系数可达0.56。采用静电纺丝技术制备不同形貌的PLA超细纤维,并将其与PLA_300-8-5非织造基材复合,构建PLA超细纤维复合吸声材料,探究了纤维形貌及超细纤维膜厚度对材料吸声性能的影响,结果表明,多孔纤维及较厚的纤维膜可以有效增强吸声性能。PLA超细纤维复合吸声材料的构建为后续新型高效吸声材料的设计开发提供一定的理论基础。     

非织造布结构对PVC–C/PET复合膜的结构与性能影响

以PVC–C为成膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)非织造布为支撑层,将凝固涂层工艺与非溶剂诱导相分离法相结合,制备了PVC–C/PET复合多孔膜。通过接触角测量仪、场发射扫描电子显微镜、孔径分布、孔隙率、纯水通量、碳素墨水截留、拉伸试验等系统研究了非织造布结构对PVC–C/PET复合膜孔结构和渗透性能的影响。结果表明,采用密度小、结构疏松的PET非织造布作为PVC–C微孔膜的支撑材料,制得的PVC–C/PET复合膜表面开孔程度增加,内部海绵状结构更疏松,孔隙率增大,降低了跨膜阻力,纯水通量从88.49 L/(m~2· h)提高到186.85 L/(m~2·h),与原膜相比提高了211.1%。此外,PVC–C/PET复合膜具有良好的截留性能,对碳素墨水截留率均保持99%以上,同时复合膜的拉伸强度和断裂伸长率明显增大。     

MXene/PPy@TOCNF复合薄膜的制备及其电化学性能

利用聚吡咯(PPy)在纤维素纳米纤维(TOCNFs)表面原位聚合并结合MXene在真空过滤下制备MXene/PPy@TOCNF(MPT)混合膜。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)等分析了(MPT)混合膜的结构与形貌,利用电化学工作站等探究了聚吡咯@纤维素纳米纤维(PPy@TOCNF)的含量对于MXene薄膜的电化学性能的影响。结果表明：PPy@TOCNF的加入会提高混合膜的电化学性能,在1 A·g^-1的电流密度下,MPT-20%薄膜比电容为415.6 F·g^-1,远高于MXene(284.5 F·g^-1)。     

基于壳聚糖/聚乙烯醇/二氧化钛修饰的硝酸纤维素复合膜研究

通过负压抽滤的方法将壳聚糖(CS)、聚乙烯醇(PVA)与二氧化钛(TiO₂)的修饰液涂覆到纯硝酸纤维素膜的表面,制备硝酸纤维素复合膜,研究膜在微观结构、元素分布与组成、浸润性等方面的性能。结果表明,制备的新型膜具有超亲水/水下超疏油特性,过滤柴油乳液通量为5 867.3 L/(m²·h),除油率为99.4%,在强酸碱性、高盐度环境下的油水分离实验时,过滤通量无明显衰减,除油率可保持98.9%以上,具有优良的稳定性和耐腐蚀性。