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.     

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.     

凝固浴组分对双凝固浴法制备PVDF膜结构和性能的影响

在内外凝胶浴中添加不同含量的溶剂,采用双凝固浴法制备了PVDF/PVP/DMAc中空纤维膜.通过膜形貌扫描电镜( SEM)表征,纯水水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率测试实验,分析评价了凝固浴中溶剂含量对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响.结果表明,凝固浴中溶剂含量增大会导致皮层孔隙率增多,而对亚层结构的影响各不相同.膜的纯水渗透通量变化无明显规律性,但BSA截留率保持相对稳定.当内外凝固浴中溶剂体积分数分别为30％和70％时,膜内部大孔发育良好,亚层疏松多孔,水通量分别为270 L/(m2,h)和548 L/(m2·h),显示了良好的渗透性能.     

聚电解质改性PVDF膜及其抗蛋白质污染研究

为了提高PVDF膜的抗污染性,采用两步表面接枝聚合的方法,利用含有正电荷的季胺单体2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)和带负电荷的羧酸单体2-羧基乙基丙烯酸酯(CAA)对PVDF中空纤维微孔膜的外表面进行亲水改性.通过控制接枝反应条件得到高亲水性、高通量和抗蛋白质污染的改性膜.结果表明,聚电解质改性PVDF膜的纯水通量保持较高水平,达到912 L/[m~2·h·(0.1 MPa)],水接触角在52 s时变为0°,同时具备优异的抗蛋白质污染性能,过滤蛋白质溶液的操作压力上涨率低,膜表面污染物含量少.     

曝气辅助聚多巴胺共沉积膜的制备与表征

聚偏氟乙烯(PVDF)膜具有良好的物理化学稳定性和分离性能,以提升PVDF膜亲水性为目标的膜材料改性研究一直是膜研究的重点.聚多巴胺/聚乙烯亚胺(PDA/PEI)共沉积法可生成性能优异的亲水涂层,是制备亲水膜的重要方法.本研究针对疏水PVDF中空纤维膜的亲水改性,建立了曝气辅助PDA/PEI共沉积法,为多巴胺/聚乙烯亚胺(DA/PEI)溶液提供富氧环境,加快DA和PEI的反应速率,实现疏水中空纤维膜快速亲水化.相比于静置沉积,曝气辅助共沉积体系能够在反应90 min后获得性能良好的亲水改性膜.曝气辅助沉积改性膜接触角为45.3°,纯水通量为201.2 L/(m²·h),渗透性能显著提升;改性膜具有优异BSA截留率.     

PVDF/PBS纤维膜的制备及其在油水分离中的应用:基于静电纺丝

通过静电纺丝制备疏水性PVDF/PBS纤维膜,并利用PVDF对PBS进行疏水改性。研究表明,PVDF的引入能使纤维膜的水接触角从86.5°转变至137.4°,表明PVDF能够有效改善PBS的疏水性。并且,PVDF的引入能够显著提高纤维膜的成膜性能与油水分离效率,并使纤维膜的油通量最高可达582L/(m~2·h)。     

聚醚砜基膜热稳定性对复合纳滤膜性能的影响

研究聚醚砜超滤基膜的热稳定性对界面聚合法制备复合纳滤膜性能的影响.加入TiO_2纳米粒子可显著改善超滤膜的热稳定性,并随着基膜中TiO_2的增加,超滤基膜的热稳定性也随之增加.基膜TiO_2含量增至8%时,纳滤膜的水通量从27 L/(m~2·h)逐渐增加到38 L/(m~2·h),对NaCl的截留率从48%增加到58%,而对MgSO_4的截留率保持不变.研究表明,提高微滤基膜的热稳定性有助于提高复合纳滤膜的水通量和截留率.     

远程氩等离子体对聚偏氟乙烯超滤膜的表面改性

利用朗缪尔探针和发射光谱法诊断远程氩等离子体,确定了离子密度和活性粒子的分布规律,以预测最佳改性区域;采用远程氩等离子体改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜,设计正交实验探究远程氩等离子体处理改性效果的最优工艺组合,并通过水接触角表征超滤膜改性前后的亲水性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱表征膜表面的形貌和化学成分变化,并通过拉伸性能测试表征改性后PVDF超滤膜强度。最后,通过海藻酸钠(SA)过滤实验评价膜改性前后过滤性能及抗污染性能。实验结果表明,远程氩等离子体改性的最优条件为,射频功率90 W、处理时间90 s、压强20 Pa、距放电中心40 cm处;PVDF超滤膜表面通过远程氩等离子改性后,其表面通过引入含氧、含氮基团提高了其表面亲水性能,水接触角从95.63°降至62.19°,且改性后的PVDF超滤膜最大拉伸强度由403.11 gf/cm~2增至为439.37 gf/cm~2。通过SA过滤实验,改性后的PVDF超滤膜具有良好的过滤性能和抗污染性能,其水通量和SA通量分别从123.36 L/(m~2·h),49.08 L/(m~2·h)增至151.98 L/(m~2·h),68.10 L/(m~2·h),截留率从77.35%增至87.25%,总污染率从72.50%降至60.20%。     

共混改性聚丙烯分离膜的制备与性能研究

在热致相分离法膜制备过程中,采用亲水改性剂对聚丙烯(PP)分离膜进行共混亲水改性,研究了混合稀释剂组成、改性剂含量和制膜温度对膜结构和性能的影响。结果表明:混合稀释剂中豆油质量分数为80%时PP膜具有均匀贯通的膜孔,铸膜液中改性剂质量分数为5%时分离膜具有良好的亲水性和膜孔渗透性。优化芯液温度和纺丝温度,改性PP中空纤维膜的初始水通量可以达到1276L/(m~2·h)。     

导热增强型PVDF膜及其膜冷凝过程强化

为了增强PVDF膜的导热性能,将导热性能优异的短多壁碳纳米管(SMWCNTs)与PVDF共混制成疏水多孔膜.当SMWCNTs质量分数为0.2%时,PVDF膜的疏水性和机械性能都得到了明显提升,其导热性能从0.068 6 W/(m·K)提升到0.077 1 W/(m·K),在膜冷凝应用中的回收率和流量分别达到了17.39%和0.85 kg/(m~2·h),提高了膜冷凝过程的效率.     

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.     

TiO_2动态改性膜应用于MBR的研究

采用二氧化钛(TiO_2)纳米粒子对聚偏氟乙烯中空纤维膜微滤膜(PVDF MF,0.1μm)和实验室自制聚砜中空纤维膜超滤膜(PSF UF,0.05μm)进行表面亲水改性,以期提高膜的抗污染能力.采用膜接触角、纯水通量、出水TOC、膜压差和扫描电子显微镜(SEM)进行表征了TiO_2动态膜的性能.将TiO_2纳米颗粒改性后的PVDF MF和PSF UF膜应用于膜生物反应器(MBR)处理模拟焦化废水(TOC=500 mg/L),考察了其对MBR过滤性能的影响.实验结果表明,改性后膜的水接触角明显减小,亲水性增强,TMP升高速率明显降低,模拟焦化废水,TOC的去除率平均可达95%,经返洗及次氯酸钠清洗后膜表面TiO_2层外观没有明显变化.改性后的膜组件较显著地增加了MBR的膜抗污染的优势,且具有一定的稳定性.因此,将TiO_2动态改性耐污染膜应用于MBR是可行的.     

不同粒径分布的纳米二氧化钛在醋酸纤维素超滤膜中的分散性能研究

在醋酸纤维素(CA)基料中添加不同浓度经表面改性的不同粒径的纳米二氧化钛(TiO_2)粒子,其中包括平均粒径10、40nm以及这两种粒子的质量比2∶1的级配混合粒子,利用相分离法制备了无机-有机纳米复合CA超滤膜,通过测定膜的孔隙率、孔径分布、渗透性能以及膜表面的电镜扫描(SEM)表征进而研究不同粒径分布对纳米粒子在铸模液中分散性能.结果表明:在不引起纳米粒子团聚的前提下,在CA中添加的纳米粒子粒径越小,复合膜的性能越好;而级配粒子的添加量高于单一粒径粒子的添加量.当膜的渗透性能达到最佳值时,上述3种不同粒径分布的粒子添加量分别为4%、3%、5%(质量分数),而成膜后孔隙率均可达到70%以上,纯水的透水量可分别达到527、443、591L/(m~2·h).这说明颗粒级配分布促进了纳米粒子在铸模液中的分散性能.由于两种粒子混合均匀后存在粒径带双峰分布颗粒级配,在剪切条件下,纳米粒子不易因粒子表面作用引起团结,而团聚在一起的级配颗粒却容易受剪切剥离分散,从而起到促进纳米粒子在聚合物溶液中的分散作用.     

PVC/PAN共混膜的制备与性能

采用溶液相转化法制备了聚氯乙烯(PVC)/聚丙烯腈(PAN)共混膜,研究了(PVC)/(PAN)共混体系的相容性,并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对PAN水解前后共混膜结构、形貌和性能进行了表征与分析。结果表明,(PVC)/(PAN)为部分相容体系,在成膜过程中产生明显界面微孔结构;共混膜中的PAN发生水解后,生成大量酰胺、羧酸、羧酸盐等亲水基团,改善了共混膜的亲水性(膜的水接触角从87.48°降低到65.12°),提高了共混膜的通透性(膜的纯水通量从84.17 L/(m2.h)升高到343.7 L/(m2.h))。     

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。      

天然纤维粉体对PVDF/DMAc体系热力学及膜结构的影响

考察天然纤维粉体/聚偏氟乙烯(PVDF)/N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)铸膜液热力学性质,采用浸没沉淀相转化法制备了天然纤维粉体/PVDF共混膜,表征了共混膜的结构和性质。结果表明,按照棉花粉体、羊毛粉体、无粉体的顺序,制膜体系越来越容易发生液固分相;并且棉花粉体/PVDF共混膜、羊毛粉体/PVDF共混膜、PVDF膜的孔隙率和水通量依次降低,结晶度依次增加,但膜形态一致,均为致密皮层和多孔亚层。共混膜性质的差异主要是由于纤维粉体亲水性的不同,添加亲水性较好的羊毛粉体的铸膜液成膜速度慢,而添加亲水性较低的棉花粉体的铸膜液成膜速度较快。     

磺化聚砜/聚醚砜共混非对称纳滤膜的制备与性能表征

以相转化法制备了磺化聚砜(SPSF)/聚醚砜(PES)共混新型纳滤膜,并研究了磺化聚砜的磺化度以及聚醚砜/磺化聚砜的共混质量比对低分子量PEG的截留率和脱盐率性能的影响.结果表明:在操作压力为0.5MPa,料液温度为25℃下,当PES/磺化度10%SPSF共混比为6∶4时,SPSF/PES共混膜对PEG1000、PEG800和PEG600的截留率分别为99.8%、81.0%和57.8%,对硫酸钠、氯化钠的截留率分别为69.0%和23.5%,SPSF/PES共混膜的纯水通量为90.3L/(m2.h).     

电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯层,聚丙烯腈(PAN)为皮层,通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,PAN/PVDF纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯聚丙烯(PP)无纺布的品质因子(0.0127),过滤性显著提高。      

两种晶型二氧化钛对神经细胞生长的影响

为了研究二氧化钛在免疫隔离技术中的应用,采用溶胶-凝胶法在不同烧结温度下,以多孔钛为基底制备出金红石和锐钛矿两种不同晶型的二氧化钛(TiO_2)膜,并将大鼠下丘脑神经细胞接种到TiO_2膜上,并通过体外培养观察这两种晶型的TiO_2对神经细胞生长的影响.实验结果显示,在金红石型TiO_2膜上生长的神经细胞不仅具有典型的神经细胞结构,而且能正常分泌β-内啡肽,使细胞外液中的β-内啡肽含量始终维持在42.5～45.0 pmol/L;体外培养的第7天,神经细胞经台盼蓝染色检测其存活率为86.7%,并且细胞突起交错成网;但是在锐钛矿型TiO_2膜上生长的下丘脑神经细胞则多数死亡,其存活率仅为5.3%,而少量存活的细胞不仅没有典型的神经细胞结构,而且逐渐丧失了分泌内啡肽的功能.对比结果显示金红石型TiO_2比锐钛矿型TiO_2更有利于神经细胞的生长.