PVDF-PVDF--g--PMABSA共混膜的制備及其性能研究.pdf

1、膜分離技術(shù)能去除各種水體污染物，其已成為應用于廢水處理領域的一種有效方法。聚偏氟乙烯(PVDF)膜具有良好的耐化學腐蝕性、熱穩(wěn)定性和高機械強度等優(yōu)點，被廣泛應用于超濾和微濾領域。然而，PVDF膜本身較強的疏水性導致其滲透通量低，當處理含有有機物、膠體物質(zhì)和生物物質(zhì)的水溶液時會產(chǎn)生嚴重的膜污染，降低了膜的使用壽命，導致更換成本增加。研究發(fā)現(xiàn)膜親水性的提高能增強其抗污染性能，可以有效阻止污染物吸附、沉積在膜表面。共混改性相對于化學接枝或表面

2、涂覆改性，不需要預處理和復雜的工藝優(yōu)化，適合工業(yè)化應用。共混改性添加劑主要有無機納米顆粒、親水性聚合物和兩親性聚合物:無機納米顆粒具有粒度細、比表面積大以及表面能高的特點，極易在有機溶劑中發(fā)生團聚，難以均勻分散于鑄膜液中;親水性聚合物與疏水PVDF之間相容性較差，在分離膜制備過程中容易流失;兩親性聚合物與PVDF之間有較好的相容性，同時也提高了PVDF的親水性。因此，創(chuàng)新性地設計和合成了一種新型的兩親性共聚物PVDF-g-PMABSA，

3、以其作為改性劑，通過共混法來改善PVDF膜的性能。
　　本文以2-甲基丙烯酰氯和對氨基苯磺酸原料，通過酰胺化反應合成了一種功能性的單體對-甲基丙烯酰胺基苯磺酸(MABSA)。利用堿化處理地PVDF和MABSA作為反應單體，通過自由基聚合反應制備了一種新型的兩親性共聚物PVDF-g-PMABSA。通過核磁共振(1H NMR)和紅外光譜（FTIR）技術(shù)對兩親性共聚物PVDF-g-PMABSA的化學組成和結(jié)構(gòu)進行分析測試。以PVDF-g

4、-PMABSA作為親水添加劑，采用非溶劑致相轉(zhuǎn)化法(NIPS)制備了PVDF/PVDF-g-PMABSA共混膜。通過ATR-FTIR、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電鏡(SEM)、接觸角測試儀和Zeta電位儀等對PVDF/PVDF-g-PMABSA共混膜表面化學結(jié)構(gòu)、元素組成、結(jié)構(gòu)形貌、親水性以及荷電性等進行表征分析。通過錯流過濾實驗對膜的滲透、截留以及抗污染性能進行評價。將優(yōu)化好的共混膜應用于含油廢水的處理，并研究了不同條件下共混膜

5、對含油廢水的分離效果。主要實驗結(jié)果如下:
　　(1)PVDF-g-PMABSA官能團結(jié)果分析:FTIR分析表明，在1664cm-1和1524cm-1處，分別出現(xiàn)C=O和O=C-NH的特征吸收峰;1H NMR分析表明，在δ1.23和7.5ppm處，分別出現(xiàn)甲基和苯環(huán)的氫質(zhì)子峰。上述結(jié)果說明MABSA被成功聚合接枝到PVDF主鏈上。
　　(2)PVDF/PVDF-g-PMABSA共混膜表面化學結(jié)構(gòu)、元素組成、表面形貌、親疏水性以

6、及荷電性分析:ATR-FTIR結(jié)果表明，在1654cm-1出現(xiàn)新的特征峰，為C=O的特征吸收峰;XPS結(jié)果表明，在285.8ev和287.4ev處出現(xiàn)新的信號峰，分別對應的基團為C-N和H-N-C=O，說明PVDF-g-PMABSA在膜表面有明顯富集;SEM觀察發(fā)現(xiàn)，共混膜表面出現(xiàn)大量微孔，斷面由指狀大孔和少量海綿狀結(jié)構(gòu)組成;Zeta電位測定結(jié)果表明，膜表面荷負電，并且隨著改性劑濃度的增加而逐漸增強，同pH值條件下共混膜表面所荷的電性更

7、負;接觸角結(jié)果表明，接觸角由原膜(M0)的83.5±1.2°降至共混膜(M3)的67.4±1.5°，共混膜親水性明顯增加。
　　(3)PVDF/PVDF-g-PMABSA共混膜滲透通量和抗污染性能的研究表明:M0滲透通量和通量恢復率(FRR)分別為63.37±3.21L/m2h和36.85％，M3滲透通量和通量恢復率(FRR)分別為11051±4.37L/m2和89.41％;BSA靜態(tài)吸附實驗可知，表面吸附量由M0的75.50±7

8、.32μg/cm-2降低到M3的12.67±5.15μg/cm-2，這些數(shù)據(jù)表明了兩親性共聚物PVDF-g-PMABSA能有效提高PVDF膜的滲透通量和抗污染性。
　　(4)PVDF/PVDF-g-PMABSA共混膜油水分離實驗表明:M0和M3過濾大豆油水乳液滲透通量分別為32.42L/m2h和95.9L/m2h，大豆油去除率分別為95.2％和97.2％，M3具有更高的分離效率;膜阻力計算結(jié)果表明，M0通量衰減主要是因為膜污染造成