聚偏氟乙烯與納米二氧化鈦復(fù)合超濾膜的研制.pdf

1、膜工藝是21世紀(jì)飲用水處理的優(yōu)先發(fā)展技術(shù)之一，超濾膜技術(shù)與常規(guī)水處理工藝結(jié)合使用，可以有效地去除水體中的污染物。我國(guó)超濾膜的品種和質(zhì)量與國(guó)際水準(zhǔn)相比有一定的差距，而且由于成本問(wèn)題還未能在水廠推廣使用。因此，對(duì)超濾膜的研究有著重大的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　超濾膜的優(yōu)先研究方向是提高膜的抗污染性能和降低成本。聚偏氟乙烯（PVDF）雖然價(jià)格昂貴，但熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性很好。納米材料被公認(rèn)為重點(diǎn)發(fā)展的新型材料之一。本課題選擇 PVDF和納米

2、 TiO2作為超濾膜材料，以期研制出抗污染性能較好的水處理用超濾膜。探討了鑄膜液組成及制備條件對(duì)膜性能和結(jié)構(gòu)的影響，并采用現(xiàn)代儀器分析手段對(duì)膜的表面、截面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和分析。
　　PVDF超濾膜的固相含量以14％～18%為宜。在前人研究的基礎(chǔ)上，著重研究了鑄膜液中無(wú)機(jī)添加劑 LiCl的濃度（w(LiCl)）較低時(shí)對(duì)PVDF膜性能和結(jié)構(gòu)的影響。在實(shí)驗(yàn)條件下，w(PVDF)為16%，w(LiCl)為0.05%時(shí)，所得PVDF膜

3、最薄，有最低的水通量（F）和水通量衰減系數(shù)（m），以及最高的對(duì)牛血清白蛋白（BSA）的截留率（R）。w(LiCl)小于0.05%時(shí), F和m隨著w(LiCl)的增加而減小，R則增加。w(LiCl)大于0.05%時(shí)，F(xiàn)和m則隨著w(LiCl)的增加而增加，R則有所降低。PAN超濾膜有同樣的現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)條件下，w(PAN)為18%，w(LiCl)為1%時(shí)，所得PAN膜最薄，F(xiàn)值和m值最低，R值最大。
　　有機(jī)添加劑聚乙二醇（PEG）起

4、致孔作用。然而，當(dāng)w(PEG)為6%時(shí)，所得PVDF膜的水通量?jī)H比無(wú)添加劑的PVDF膜的水通量增加20%左右。PEG和LiCl的協(xié)同作用優(yōu)于它們單獨(dú)使用的效果，但是膜的表面粗糙度增加。
　　PVDF–TiO2復(fù)合超濾膜表面比PVDF超濾膜表面更致密。在無(wú)機(jī)和有機(jī)添加劑的協(xié)同作用下，復(fù)合超濾膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和傳質(zhì)性能都有所改善。雖然PVDF–TiO2復(fù)合超濾膜的水通量沒(méi)有明顯增加，但截留率得到提高，即膜的抗污染能力增強(qiáng)。儀器分析表明，T

5、iO2包埋在PVDF膜中，強(qiáng)化了PVDF分子的結(jié)晶，小粒徑的納米TiO2粒子對(duì)PVDF膜性能和結(jié)構(gòu)的改善更顯著。缺點(diǎn)是，TiO2納米粒子在鑄膜液中易發(fā)生團(tuán)聚和沉積。
　　首次從膠體的角度分析了鑄膜液中各組成在高分子成膜過(guò)程中的作用機(jī)理。根據(jù)DLVO理論，鑄膜液中低濃度的LiCl壓縮高分子的溶劑化層，減小高分子間的排斥力，所得膜較為致密；高濃度的LiCl使高分子鏈發(fā)生電性反轉(zhuǎn)，溶劑化層增厚，增加了高分子之間的排斥力，所得膜較為疏松。