PVDF纳米纤维膜的制备及其油水分离性能

针对静电纺丝纳米纤维膜孔径偏大的问题,以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/丙酮为混合溶剂制得纺丝液,采用静电纺丝技术制备PVDF纳米纤维膜,并研究聚合物浓度对纳米纤维膜孔结构及油水分离性能的影响。结果表明：增大纺丝液浓度会明显提高PVDF纳米纤维直径,使得纳米纤维直径分布变窄;当PVDF质量分数为14%时,所得PVDF纳米纤维膜具有较好的表面形貌和拉伸强度;油水分离结果表明,重油体系(二氯甲烷+水)通量最大达2 900.86 L/(m²·h),分离效率高达99.5%,高粘附油体系(玉米油+水)通量最小为32.98 L/(m²·h),分离效率仅有91.7%。在进一步的油包水乳液分离过程中,PVDF纳米纤维膜(M-3)具有的油水分离通量为7.9 L/(m²·h),分离效率高达97.6%。     

含羟基丙烯酸酯改性聚砜膜的制备及性能表征

采用紫外辐照法分别将3种含羟基丙烯酸酯单体丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丁酯(4HBA)和丙烯酸三羟甲基丙烷单酯(TMPAA)接枝到聚砜(PSF)中空纤维膜上,制备了含羟基丙烯酸酯改性的亲水性聚砜膜.用衰减全反射傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电镜(FESEM)对接枝改性前后膜的结构和形貌进行了表征,研究了单体浓度、辐照时间对接枝密度的影响,通过水接触角和纯水通量测试研究了接枝前后膜表面的亲水性.结果表明:在相同接枝条件下,几种单体在膜表面的接枝密度顺序为HEA4HBATMPAA;在相同接枝密度时,TMPAA改性膜的亲水性大于4HBA和HEA改性膜;当TMPAA的接枝密度为3.02 mmol/m~2时,膜表面水接触角由原膜的80°下降到改性膜45°,纯水通量也由原膜的115L/(m~2·h)提高到改性膜的173 L/(m~2·h),膜表面亲水性明显增加.     

水稳定功能化Cu-BTC基混合基质膜的制备及其CO2分离应用

为提高混合基质膜(mixed-matrix membranes,MMMs)对真实烟道气和含水天然气的分离性能,通过柠檬酸(citric acid,CA)功能化制备了具有高水稳定性的CA-Cu-BTC填料,并将其与Pebax 1657聚合物共混制备了系列不同掺杂量的MMMs,考察了25℃饱和水蒸气下所制备CA-Cu-BTC/Pebax膜的CO₂/N₂分离性能。结果表明：与纯Pebax膜相比,制备的MMMs具有更好的CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性,在CO₂渗透通量为837.2 GPU(1 GPU=3.35×10^-4μmol/(m²·s·MPa))时,CO₂/N₂选择性为49.1。此外,CA功能化改性赋予填料的高水稳定性,使得本文制备的MMMs具备了应用于实际工业气体分离的潜力。     

亲水疏油改性对PTFE平板膜油水分离性能的影响

通过亲水剂和疏油剂对PTFE平板膜进行表面处理,制备亲水疏油PTFE平板膜。采用扫描电子显微镜、孔径测试分析仪、视频接触角仪、紫外分光光度计等对亲水疏油PTFE平板膜的表面形貌、孔径、亲水性以及油水分离性能进行测试,以分析疏油剂浓度及改性顺序对膜结构和性能的影响。结果表明:疏油剂浓度的增加有利于增强膜的油水分离性能和抗污性能;先疏油改性后亲水改性时PTFE平板膜对于机油乳化油分离效果较好,且当疏油剂浓度为3.0 wt%时,油水分离的综合性能最好,水通量为2668.5 L/(m~2·h),油分子截留率为87.4%,抗污染性能最好。     

pH敏聚苯硫醚膜的制备及其油水分离性能

为了实现在极端条件下的智能油水分离,以聚苯硫醚(PPS)无纺布为基膜材料,使用正辛酸(CA)、钛酸丁酯[Ti(OBu)₄]、纳米气相二氧化硅(SNPs)为改性剂,采用沉积-热压法制备出一种智能pH敏膜(PPS-CA/TiO₂/SNPs);对其表面化学结构组成、形貌及亲水性进行表征分析,同时测试其pH响应性能、耐高温性能及循环使用性能等。结果表明：PPS-CA/TiO₂/SNPs纤维膜具有灵敏的pH响应性,在水环境(pH=6.5)中表现出超疏水超亲油性,而在碱性水环境中(pH=12),膜表面改变为疏油和亲水;油水分离通量截留试验中氯苯、二氯乙烷通量能够达到25 000 L/(m²·h)以上,截留率在95%以上;即使经过20次循环截留实验,膜对于二氯乙烷的分离效率依然可以达到95%以上。同时,在极端条件下的测试也表明膜具有良好的稳定性,使其具备了在极端环境下应用的潜力。     

聚丙烯腈膜改性制备正渗透复合膜基膜

为提高聚丙烯腈(PAN)膜的亲水性,在聚丙烯腈膜表面接枝超支化聚乙烯亚胺(HPEI),得到亲水性的PAN膜;然后用界面聚合方法在膜表面涂覆一层聚酰胺层,得到正渗透复合膜.测试结果表明:水接触角由64.5°降到23.4°.与PAN膜相比,PAN-g-PEI孔径减小,制备得到的正渗透复合膜水通量下降,由7.4 L/(m2·h)降至3.5 L/(m2·h);反向溶质渗透通量下降,由38.7 g/(m2·h)降至22.2 g/(m2·h).这说明接枝聚乙烯亚胺的聚丙烯腈膜(PAN-g-PEI)亲水性得到明显改善.     

PEO正渗透膜的制备与表征

为提高正渗透膜的抗污染性能,以O,O′-二(2-氨基丙基)聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇和均苯三甲酰氯(TMC)为水相、油相反应单体在聚砜基膜上进行界面聚合,制备聚环氧乙烷(PEO)亲水型聚酰胺正渗透膜(PSf-Jeff/TMC复合膜),采用红外光谱、X光电子能谱和水接触角等手段研究选择分离层的化学结构和亲水性能,考察界面聚合时间、反应单体浓度和后处理温度等制备条件对正渗透膜渗透分离性能的影响,并以牛血清蛋白作为污染物分析其抗污染性能.结果表明:聚合时间30 s、TMC质量浓度1.5 mg/m L、水相单体质量分数3%、热处理温度为60℃时所制备的PSf-Jeff/TMC正渗透膜,在1 mol/L氯化钠、室温条件下测得水通量1.75 L/(m~2·h),反向盐通量140 g/(m~2·h);与间苯二胺复合膜PSf-MPD/TMC相比,PSf-Jeff/TMC复合膜接触角更小,亲水性能更好,具有一定的抗污染性能,通量恢复率达到91.4%.     

两亲性三嵌段PDMAEMA/PMMA聚合物共混改性PVDF膜的制备与性能表征

为了制备pH刺激响应型智能膜,并为膜改性提供结构可控的两亲性聚合物共混改性剂,以聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)为亲水链段、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段,通过RAFT聚合合成两亲性三嵌段聚合物PDMAEMA-b-PMMA-b-PDMAEMA(PDMD),采用1H-NMR对其化学结构进行了表征.以PDMD作为改性剂,通过NIPS法制备PVDF改性膜,采用ATR-FTIR、XPS、SEM和接触角测定仪对PDMD/PVDF改性膜的表面化学结构、微观形貌和亲水性进行了表征.结果表明:随着聚合物改性剂的增加,PDMD/PVDF改性膜表面PDMAEMA含量增加,改性PVDF膜的初始接触角由纯膜的108.9°降低至92.4°,纯水(pH 5.2)通量由纯膜的15.0 L/(m2·h)增大至250.0 L/(m2·h);并且改性膜随着纯水pH值的逐渐减小,膜通量减小,纯水pH值从11降到3时,通量从225.6 L/(m2·h)降至91.2 L/(m2·h).因此PDMD的加入改善了PVDF膜亲水性,可为pH刺激响应型智能膜的构建提供新材料.     

NiAl2O4涂层膜的制备及其在油水分离中的应用

以聚偏氟乙烯(PVDF)有机膜为基底,单宁酸(TA)为胶结剂,将尖晶石NiAl₂O₄无机纳米颗粒均匀修饰到PVDF膜表面,制备了超亲水/水下超疏油型NiAl₂O₄/TA/PVDF复合膜。系统研究了NiAl₂O₄/TA/PVDF复合膜的结构、形貌和表面润湿性,评价了复合膜在典型的油水乳液分离中的性能。实验结果表明,NiAl₂O₄/TA/PVDF复合膜对稳定的油水乳液表现出优异的分离效率(分离效率均高于99%)和较高的膜通量(682～1 302 L·m^-2·h^-1)。此外,由于膜表面的粗糙结构和特殊润湿性,NiAl₂O₄/TA/PVDF复合膜具有较好的抗油污染性能,在循环8次分离水包油乳液后仍具有较高的分离效率和膜通量,表现出良好的机械性能和可再生性。本研究为构筑尖晶石基油水分离膜及其在油水分离中的应用提供了新的思路。     

聚砜超滤膜的亲水改性及其性能研究

以聚砜、聚乙烯吡咯烷酮和多巴胺修饰的埃洛石纳米管为主要原料,通过相转化法制备改性聚砜超滤膜。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪、通量测试仪对滤膜进行结构及性能表征,交替过滤纯水与牛血清蛋白溶液测试改性超滤膜的循环稳定性。结果表明:改性埃洛石的掺入提高了超滤膜的水通量与截留率,改性后超滤膜水接触角从85.2°下降到67.4°,当改性埃洛石质量分数为1.0%时,超滤膜的纯水通量达到最大值440 L m^-2 h^-1,截留率从60%上升到92%。连续过滤200 min后,水通量最大值为400 L m^-2 h^-1。     

GO/PVA阵列结构吸收体高效光蒸汽转化

将氧化石墨烯(GO)均匀分散于聚乙烯醇(PVA)水溶液中,烘干制备出表面平整的GO/PVA膜。利用激光刻蚀工艺对GO/PVA膜的表面进行处理得到LT-GO/PVA膜,研究LT-GO/PVA膜的微观结构、物理性能及其作为光热转化器件的性能。结果表明:LT-GO/PVA膜表面形成了3D多孔阵列结构,可促进太阳光的吸收,减少漫反射造成的能量损耗;LT-GO/PVA膜表面开始从亲水性向疏水性转变,可促进水的快速蒸发与分离,在1 kW/m²的光强度下,其光热水蒸发速率为1.827 kg/(m²·h),光热转化效率为89.4%。     

PVA/PVP/SiO2复合膜过滤器的制备及油水分离性能

以钢丝网为基底,采用浸涂法制备油水分离膜过滤器。首先,将聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与纳米二氧化硅(SiO₂)制备聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化硅(PVA/PVP/SiO₂)复合材料;再将其浸涂在钢丝网上,置于戊二醛蒸汽中进一步交联,得到超亲水/水下超疏油的PVA/PVP/SiO₂复合膜过滤器。利用热失重表征了PVA/PVP/SiO₂复合材料的热性能;探究了PVP和SiO₂含量对膜过滤器表面润湿性的影响;同时,测试了复合膜过滤器的油水分离效率和重复利用率。结果表明：PVP和纳米SiO₂的加入提高了复合膜的热稳定性和水下疏油性,当SiO₂、PVP与PVA的质量比为0.5∶0.4∶1,PVA溶液的质量分数为10%时,所制备的PVA/PVP/SiO₂复合膜过滤器对油水混合物表现出优异的分离性能,初次油水分离效率最高可达到99.5%,分离通量可达到7 083.41 L/(h·m²)...     

二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜

为提高聚酰胺纳滤膜的抗菌性能,采用间苯二胺还原银前驱体,制备带有氨基的银纳米粒子(MPD-Ag NPs),通过简单易操作的二次界面聚合法制备抗菌聚酰胺-Ag NPs纳滤膜,分析MPD-Ag NPs的形成,表征聚酰胺-Ag NPs纳滤膜的化学组成、表面形貌,测试亲水性、荷电性、分离性能和抗菌性能。结果表明：MPD-Ag NPs中银是以金属态形式存在;当MPD-Ag NPs的质量分数为0.02%时,制备的纳滤膜水通量为21.11 L/(m²·h),对Na₂SO₄的截留率为97.95%;与未负载MPD-Ag NPs的纳滤膜相比,通过二次界面聚合法制备的纳滤膜耐氯性能更佳,且具有更优异的抗菌能力,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.46%和84.35%。     

MWNTs-Ag~+/壳聚糖膜渗透汽化分离苯/环己烷

采用异烟酸与酸化后的多壁碳纳米管(MWNTs)发生酯化反应,将Ag+与酯化后的MWNTs上的吡啶环发生络合反应,使MWNTs接上Ag+.改性后的MWNTs与壳聚糖共混制备以聚砜为底膜的复合杂化膜.用FT-IR、TEM和XPS表征改性后的MWNTs以证实MWNTs上接了Ag+.并且利用SEM观察复合杂化膜的表面与断面.通过渗透汽化实验的结果表明:MWNTs-Ag+/壳聚糖杂化膜的分离性能优于MWNTs/壳聚糖杂化膜,并且随着Ag+质量分数的增加,渗透通量J增加,分离因子先增加后减小,当膜中MWNTs-Ag+相对于壳聚糖的质量比为1.5%时,分离因子α达到最大值为30.88,通量为237.78g/(m2·h)(苯质量分数为10%,温度为20℃).     

Ag~+/离子液体支撑液膜蒸汽渗透分离苯/环己烷体系的研究

利用AgNO₃,AgBF₄和[bmim]BF₄,[bmim]PF₆离子液体制备Ag⁺/离子液体"填充型"支撑液膜,用于苯/环己烷的蒸汽渗透,研究了离子液体的种类、银盐阴离子种类、操作温度及原料液中苯含量等因素对苯/环己烷混合体系的蒸汽渗透膜分离性能的影响.结果显示:AgNO₃/[bmim][PF₆]支撑液膜对等体积配比的苯/环己烷混合体系分离效果较佳,35℃时渗透通量为14.81 g/（m²·h）,分离因子为36.59.     

热致相分离法制备乙烯-乙烯醇共聚物/二氧化硅分离膜

以乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为成膜聚合物,以丙三醇和聚乙二醇(PEG-600)为混合稀释剂,以纳米级二氧化硅为添加剂,采用热致相分离法(TIPS)制备了EVOH多孔膜.采用扫描电子显微镜(SEM)观察了微孔膜表面及横截面形貌,并对其渗透性能、亲水性、孔隙率、孔径及其分布、力学性能等进行了分析与讨论.结果表明:EVOH膜表面平均孔径随成膜体系中二氧化硅含量增加而先增加后减小,膜横截面呈蜂窝状孔结构;膜纯水通量、孔隙率及亲水性随二氧化硅含量增加而先增加后减小;当二氧化硅质量分数为0.5%时,其纯水通量为511 L/(m2·h),孔隙率为74.0%,接触角为44.8°.     

凝固浴组成对聚醚砜/磺化聚砜共混膜结构及性能影响

为考察不同凝固浴组成对聚醚砜/磺化聚砜共混膜结构及性能的影响规律,以聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSf)为膜材料、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、聚乙二醇(PEG)为致孔剂、H_2O为非溶剂添加剂,采用浸没沉淀相转化法制备PES/SPSf共混超滤膜,对所得共混膜进行SEM、纯水通量、BSA截留等性能表征,分析凝固浴组成亦即不同盐种类对PES/SPSf共混膜结构及性能的影响规律.结果表明:在不同凝固浴条件下所得PES/SPSf共混膜均为海绵体结构;当纯水作为凝固浴时,膜的纯水通量最低(920 L/(m~2·h));当在凝固浴中添加盐时,所得膜的皮层厚度明显降低,特别当凝固浴为NaCl饱和溶液时,所得膜的皮层厚度仅为2.5μm,同时具有最低的静态水接触角(64°),纯水通量为1 024 L/(m~2·h).     

聚苯醚/聚砜复合膜对乙醇/水混合体系的渗透汽化分离

以聚砜超滤膜为基膜,采用溶剂蒸发法制备聚苯醚/聚砜复合膜.用红外光谱(FT-IR)表征复合膜的制备效果,通过扫描电镜(SEM)观察其断面形貌;研究了聚苯醚(PPO)含量、进料液乙醇含量及进料液温度对复合膜渗透汽化分离性能的影响.结果表明,随铸膜液中PPO质量分数的增大,复合膜的分离因子增大,渗透通量减小;随进料液中乙醇质量分数的增大,复合膜的分离因子减小,而渗透通量增大;随进料液温度的升高,复合膜的分离因子及渗透通量均增大.对铸膜液中PPO质量分数为14%的复合膜,在进料液乙醇含量10%、进料液温度60℃时,膜的渗透通量157.2 g/(m2.h),膜对乙醇的选择系数为15.6.     

硅氮烷疏水改性介孔分子筛填充PDMS制备杂化复合膜及渗透汽化性能

采用硅烷偶联剂对介孔分子筛疏水改性,并将其掺杂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中涂覆在聚砜基膜上制备有机无机杂化复合膜.对疏水改性介孔分子筛进行了BET测试及FT-IR等表征.BET测试结果显示,改性前后孔径分布发生明显变化;从FT-IR图中看出,改性后介孔分子筛的羟基峰明显减小甚至消失并且出现烷基等特征峰.通过扫描电镜(SEM)观察了有机无机杂化复合膜的形貌结构,并研究了分子筛添加量、料液浓度和操作温度等对杂化复合膜渗透汽化性能的影响.结果表明:采用1,1,3,3-四甲基二硅氮烷对介孔分子筛疏水改性最有效;疏水改性后介孔分子筛/PDMS杂化复合膜对醇/水溶液有较好的分离效果,当分子筛填充质量分数为20%、操作温度为40℃、进料液质量分数为3%时,杂化膜对乙醇/水体系的分离因子最高为9.8,渗透通量为1 002 g/(m2·h),对正丁醇/水体系的分离因子最高为65.4,渗透通量为1402 g/(m2·h).     

聚氨酯改性聚砜的合成及性能研究

用双酚A(Bis-A)和4,4′-二氯二苯砜(DCS)合成羟基封端的聚砜预聚体,用甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二醇(PPG)、2,2-双(羟甲基)丙酸(DMPA)合成异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体,再将两种预聚体共聚,制备出了改性聚砜.通过改变原料配比、浓度、反应温度和反应时间,测定产物的特性黏度,确定出了共聚改性的最佳条件为:反应温度80℃、反应时间6h,聚砜预聚体和聚氨酯预聚体质量比4∶1.将改性共聚物通过相转变法制备成超滤膜,测试膜的机械性能、分离性能以及抗污染性能.经测试改性聚砜膜,相比未改性膜,其断裂伸长率提高3.9%,抗张强度减少1.75N/mm2,纯水通量提高4.36mL·cm-2·h-1,水接触角减少13.2°,蛋白吸附量减少71.9μg/cm2.