再生全氟磺酸(PFSA)及羥基磷灰石晶須(HAP)改性PVDF中空纖維膜的制備和表征.pdf

1、本文研究了再生的全氟磺酸(PFSA)以及羥基磷灰石晶須(HAP)對(duì)PVDF膜改性后的性能影響。首先，利用再生的PFSA對(duì)PVDF膜進(jìn)行改性，研究了其對(duì)PVDF膜性能及在成膜過(guò)程中對(duì)成膜機(jī)理的影響。其次實(shí)驗(yàn)室采用均相沉淀法自制合成晶須狀的納米HAP，用于改性PVDF膜，討論無(wú)機(jī)納米晶須對(duì)PVDF膜的性能影響。
　　 (1)考察了堿金屬型PFSA-M(M：Li，Na，K和Rb)在PVDF中空纖維膜成膜過(guò)程的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了，離子

2、簇型PFSA在PVDF中空纖維膜的成膜過(guò)程中起到重要的作用。隨著PFSA-M中離子簇從Li，Na增加到K，PVDF-PFSA-M/NMP/H2O系統(tǒng)的三元相圖均相區(qū)域不斷縮小，在水中的凝膠速率不斷加快。隨著堿金屬離子半徑的增加，PVDF/PFSA-M膜的雙指狀孔結(jié)構(gòu)明顯增大。PVDF/PFSA-M膜的純水通量和平均有效孔徑均先增加(從Li、Na到K)后減小(Rb)。PVDF/PFSA-M膜的最大純水通量為96.5 L·M-2·H-1.B

3、ar-1而分子截流量為86KDa。
　　 (2)采用液相轉(zhuǎn)化和真空蒸發(fā)的方法分別制備了一些列的PFSA/PVDF平板膜，通過(guò)SEM、FTIR-ATR、接觸角、膜電位及XPS等手段分析驗(yàn)證了PFSA在PVDF/PFSA中的成膜機(jī)理中的影響。從SEM圖可以看出，液相轉(zhuǎn)換而成共混膜橫截面明顯出現(xiàn)皮層和指狀孔結(jié)構(gòu)的支撐層兩層不同結(jié)構(gòu)，真空蒸發(fā)法制備的膜結(jié)構(gòu)均為致密型。隨著PFSA含量的增加，PVDF/PFSA平板膜的親水性明顯得到提高純

4、水通量由22.4 L·M-2·H-1增加到743.1 L·M-2·H-1，對(duì)牛血清蛋白質(zhì)的截留率先降低后增加。FTIR-ATR譜圖顯示，-SO3-液相轉(zhuǎn)換成膜過(guò)程中更多的出現(xiàn)在膜的表面和膜孔道表面，而均勻的出現(xiàn)分布在真空蒸發(fā)法成膜的內(nèi)部。膜電位和XPS測(cè)試也證明了，隨著PFSA含量的增加，PFSA/PVDF膜的ε電位逐漸減小，-SO3-親水基團(tuán)在液相轉(zhuǎn)換成膜過(guò)程中更多的出現(xiàn)在PVDF/PFSA膜的表面和膜孔道表面。
　　 (3)

5、通過(guò)濕法紡絲的方法制備了一種新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)膜PVDF-HAP中空纖維膜。PVDF-HAP中空纖維膜的性能分別通過(guò)：SEM、AFM、XRD、DSC、FTIR-ATR以及機(jī)械性能、透光率實(shí)驗(yàn)等一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行分析。凝膠過(guò)程結(jié)果顯示：PVDF/HAP/NMP鑄膜液具有延遲分相的特點(diǎn)，而且隨著HAP含量的增加凝膠速率輕微加快。從SEM圖可以看出，混合膜橫截面中明顯出現(xiàn)三層不同結(jié)構(gòu)，雙指狀結(jié)構(gòu)以及處于指狀空結(jié)構(gòu)中間的海綿狀結(jié)構(gòu)。隨著HAP

6、含量的增加，PVDF-HAP共混膜的熔融溫度(Tm)增加。IR光譜和XRD譜圖證明了PVDF-HAP共混膜中僅有β相晶型結(jié)構(gòu)。PVDF-HAP膜的機(jī)械性能明顯增強(qiáng)。
　　 隨著納米晶須HAP含量從0％增加到3%PVDF-HAP共混膜的楊氏模量從66.8MPa增加到129.9MPa。拉伸強(qiáng)度從HAP納米晶須含量1%增加到3%而從2.54MPa增加到3.81～4.31MPa。PVDF-HAP膜伸長(zhǎng)率的變化不同于其他無(wú)機(jī)納米晶須改性的

7、聚合物共混膜。隨著HAP納米晶須的增加，PVDF-HAP中空纖維膜的親水性增加，因此純水通量增加。
　　 (4)在第四章的基礎(chǔ)上添加了PVP作為致孔劑，主要目的是為了改進(jìn)PVDF-HAP中空纖維膜的滲透通量。研究表明，添加了一定量的PVP可有效的改進(jìn)PVDF-HAP中空纖維膜的滲透性能。隨著HAP納米晶須含量的加入，PVP/PVDF-HAP中空纖維膜純水通量先增加到311.2L·M-2·H-1，對(duì)牛血清蛋白質(zhì)的截留先減小到一個(gè)最