无机-有机复合膜的原位制备及性能研究(3)
时间:2017-06-11 21:29 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
但是，PVDF强的疏水性也是制约PVDF膜在很多领域大规模应用的主要因素，其强疏水性也会导致两个问题：一是分离过程需要较大的驱动力，试验表明，平均孔径为0.2m的PVDF微滤膜,在0.1MPa压差下的水通量为0；二是容易产生吸附污染，使膜通量和截流率两项主要分离指标下降,膜的使用寿命缩短,制约了其在生化制药、食品饮料和水体净化等水相体系中的应用[8]，尤其是在油水分离、蛋白类药物分离等方面时，PVDF树脂由于表面能极低，有极强的憎水性，易产生吸附污染，使膜通量和截留率两项主要分离指标下降，降低了膜的使用寿命[9]。 1.3.2 聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水化改性 由于聚偏氟乙烯（PVDF）的疏水特性，如何有效地提高PVDF膜的亲水性，减少膜污染，是众多研究者的主要目标。 亲水化改性方法主要从以下两方面着手，一是表面改性，即通过引入亲水基团来达到改性目的；二是基体改性，即对铸膜液进行亲水化处理提高膜的亲水性能[10]。 表面改性是在膜制备完成后通过表面化学处理、辐照接枝、低温等离子体改性等方法来提高膜的亲水性和抗污染能力，而不改变膜本体的结构和性质。然而，表面改性技术工艺复杂，操作较为困难，改性过程中有可能会造成膜基体机械性能的改变，存在一定的局限性。 基体改性主要分为共混改性和共聚改性两类，共混改性是指选用亲水性物质与PVDF共混来提高膜的亲水性，而共聚改性是指通过化学方法使PVDF分子链上带有亲水性基团或单体从而使膜的亲水性提高，其中以共混改性中，含少量亲水性高分子材料的PVDF共混膜与无共混组分的PVDF膜相比，接触角减小，截流率基本不变，而水通量大幅提高，膜的抗污染、耐菌性等性能增强，同时共混对PVDF膜的机械强度影响较小。过程简单，效果较好，是PVDF膜亲水化改性的常用办法。 下面介绍几种国内外复合膜的相关研究进展。 1.3.2.1 有机-有机复合膜 聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)与PVDF混合制成的有机-有机复合膜，不仅能改善膜的孔径分布和孔隙结构，还能在保正截留量的情况下提高膜渗透能力[11]。聚甲基丙烯酸酯（PMA）[12]、聚醋酸乙烯酯（PVAC）[13]和二醋酸纤文素(CA)[14]等作为膜的有机添加材料的研究也有相应报道。 添加有机材料虽然可以提高膜的一些性能，但是却会降低了膜强度，制约了其在改性方面的应用。 1.3.2.2 无机-有机复合膜 国内外对PVDF的无机复合改良膜做的研究较多，在膜中添加无机颗粒可以改善膜的渗透性和膜的表面特性[15]，并使膜的机械强度也有所提高。 采用较多的无机粒子有纳米氧化硅( SiO2)、纳米氧化铝( Al2O3)、纳米氧化钛( TiO2)、纳米氧化锆（ ZrO2）等。由于共混改性操作简便，共混膜的亲水性和抗污染能力及机械性能得到有效提高，改性效果稳定，是比较理想的改性方法。 常见的有以下几种： (1) PVDF-Al2O3复合膜 Lu等[16]用相转移法将纳米Al2O3颗粒添加到PVDF中制得复合膜，并证明了纳米颗粒的添加明显改变了膜了表面特性和处理效果，使膜通量和抗污染性大大提高，其中当Al2O3质量分数为2%时，膜的抗拉强度和拉伸比可增加50%，抗污染性能最佳，通量衰减仅为18.2%。 Fu等[17]通过实验测得含纳米γ-Al2O3颗粒质量分数为2%的超滤膜膜，纯水通量可达到134.4 L/(m2•h)，其BSA截留率可达93.4%。 Yang等[18]探究了溶解性有机碳对纳米Al2O3改良的PVDF超滤膜的污染影响，发现进水中亲水性物质对改良后膜的污染性最强，其次为过渡亲水性和疏水性物质。 (责任编辑：qin) |