氟材料 聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE) 机械强度优良,耐高温,抗污染性强,耐侵蚀,可在强酸、强碱和多种有机溶剂条件下使用,但成本较高。
无机材料 陶瓷材料 氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛膜等 具有优良的热稳定性、化学稳定性和机械性能。
聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性的高分子材料[7],它的表面能极低,因此疏水性较强,这使其成为气体吸附、脱附及膜蒸馏等非水体系分离过程的理想用膜,这些优势使得它被广泛应用于超滤膜的制备中[8~12]。
1。2 PVDF超滤膜的制备方法
目前,制备PVDF超滤膜的主要方法有两种:热致相分离法和浸没沉淀相转化法[13]。
热致相分离法是在高温下,将聚合物和高沸点的稀释剂形成均相溶液,浇铸成所需的形状(平板状或中空纤维状),再以一定的速度冷却或淬冷溶液,使其相分离后固化,用常见且对环境较为友好的试剂萃取出留在膜前体中的稀释剂,得到具有微孔结构的膜产品。
浸没沉淀相转化法是在室温或100℃以下的较低温度下,将PVDF溶于其良溶剂中形成均一稳定的溶液,之后蒸发少量溶剂,再将此溶液浸没在聚合物的非溶剂(比如水、醇、酮)凝固浴中,使聚合物溶液内的溶剂与凝固浴中的非溶剂形成动力学双扩散过程,引发体系发生液—液相分离,形成不同结构的多孔膜。
与热致相分离法比较,浸没沉淀相转化法制得的膜强度高,并且工艺简单,操作方便,是制备PVDF超滤膜的常用方法之一。
1。3 PVDF超滤膜的改性
由于PVDF超滤膜本身具有较强的疏水性,在使用过程中易受污染,并且清洗十分困难。因此,为扩大PVDF超滤膜的应用范围与使用寿命,提高其亲水性能,避免膜污染,需要对其进行改性。
目前,PVDF超滤膜的改性方法主要可以分为共混改性和表面改性。共混改性通常与添加剂协同作用,对膜表面和内孔径同时进行改性,改性在膜制备的过程中实现,因此膜的制备和改性能够一步完成。表面改性是在膜的表面涂覆或者接枝一层功能层来达到改性目的,由于受改性剂自身扩散性质的限制,改性只能发生在膜的上下表面,而不能对膜的内部孔径进行改性[14]。
1。3。1 共混改性
共混改性的添加剂可以是高分子聚合物材料,也可以是无机材料[15]。
(1)与高分子聚合物共混
共混的高分子材料与PVDF具有一定的相容性,共混后综合了PVDF本身的优良性能和高分子聚合物的亲水特性,在保持截留率基本不变的情况下,改善聚合物的成膜性和稳定性,显著提高膜的水通量和抗污染能力,从而得到综合性能优异的超滤膜[16]。
(2)与无机材料共混
无机纳米材料具有比表面积大,电荷性独特,磁性、机械稳定性的特性。将PVDF与 纳米材料共混,纳米材料在体系中呈分散状态,影响膜的亲水性、机械强度和水通量。这种改性方法操作简单,应用范围广,制备出的膜兼具有机膜与无机材料的双重优点。常用的共混材料主要有纳米粒子、纳米片和纳米丝[17~21]。研究表明,共混膜的亲水性和抗污染能力及机械性能得到有效提高。
1。3。2 表面改性
表面改性旨在不改变膜的本体性质和结构的基础上,通过各种方法改变膜表面的亲水性、生物相容性和抗污染性,赋予其新的表面性能[12]。目前针对已成型的PVDF超滤膜的表面改性可以分为表面涂覆、表面化学处理和表面接枝等[14]。