制备PVDF超滤膜主要有相转化法、烧结法、径迹蚀刻法三种方法,其中使用最多的方法是相转化法[4]。相转化法制膜就是配制一定成份均相聚合物溶液,通过一定的控制方法,改变溶液的热力学状态和动力学状态,在溶液中发生相分离,转变为凝胶结构,构成分离膜[5]。相转化法制膜工艺简单,操作便捷,容易控制膜结构,所以大多数超滤膜的制备均采用该方法[6]。本文也采用相转化法制备PVDF超滤膜。
1。3 PVDF膜的改性
虽然聚偏氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐热性和易成膜等特性,成为膜分离领域中应用广泛的膜材料。但PVDF作为一种有机高分子膜材料,具有不易粘接、亲水性低等缺点,可以通过改性生产出具有较小孔径、水通量适宜的PVDF超滤膜。随着PVDF超滤膜在生活中的应用范围不断扩大,对膜性能的要求也逐渐提高,特别是在改善膜的抗污染性、亲水性等方面。改性后制备出的PVDF超滤膜能够呈现优异的抗污染、亲水性和水通量等性能。因此,要对PVDF纯膜进行改性,改性方法主要有两种:共混改性和接枝改性[7,8]。
1。3。1 共混改性
共混改性是制备PVDF超滤膜时,在铸膜液中掺杂一种新材料,从而改善膜的孔径和膜的性能。改性材料可以是高分子材料,也可以是纳米材料[9]。
(1)与高分子材料的共混改性[10]
与高分子聚合物共混的改性方法是将高分子聚合物掺杂在PVDF铸膜液混制备超滤膜,共混改性属于本体改性[11]。这些高分子材料与PVDF通常有一定的相容性[12],可以与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、TPU(热塑性聚氨酯)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEG(聚乙二醇)等共混[13]。共混改性后的PVDF膜与PVDF纯膜相比,改性后的PVDF膜的水通量、截留率及抗污染性都得到了较大程度的改善,并且亲水性也有了较大的提高[14]。文献综述
(2)与纳米材料的共混改性
纳米材料又称超微颗粒材料,具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。在PVDF与一些纳米材料共混过程中,纳米材料在体系中呈分散状态,对膜的水通量、亲水性和抗污染性有直接影响[15]。纳米材料通常会以各种形态与PVDF共混,其不同形态会对膜的性能产生不同的影响[16]。研究结果表明,改性后的超滤膜改善了PVDF超滤膜的亲水性、水通量、强度和抗污染性[17]。
因此,共混改性法是一种在常温下操作简单、要求低的膜材料改性方法[18]。它可改善PVDF超滤膜的亲水性、机械强度和抗污染性,从而制得综合性能较为理想的超滤膜。所以本实验采用共混改性的方法。
1。3。2 接枝改性
接枝改性也是PVDF膜的改性方法之一,它是通过共价键把具有某些性能的基团或聚合物支链链接到膜材料上,使膜具有更优异的性能[19]。研究表明,接枝改性后,膜的水通量降低、孔数量减少、截留率和亲水性提高[20]。
1。4 超滤膜
1961年,米切利斯(A。S。Michealis)等制成了一种能截留不同分子量物质的膜,这种膜就是超滤膜[21]。超滤膜主要有无机超滤膜和有机超滤膜两种。无机超滤膜具有使用寿命长、抗氧化、抗高温等优点,但无机膜材料较脆且不易制成膜,如果对其改性制成有机无机复合膜,可改善无机超滤膜的性能。有机超滤膜的成膜材料是比较丰富的,现在使用比较多的主要有:聚醚砜(PES)超滤膜、聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜,聚乙烯醇(PVA)超滤膜、壳聚糖(CS)复合超滤膜和醋酸纤维(CA)超滤膜[22]。由于它们具有易成膜、化学性质稳定等优点,受广大膜工作者的欢迎。但是有机超滤膜亲水性低、抗污染性较差,因此有必要对有机超滤膜进行改性,以提高超滤膜的性能。以有机、无机粒子共同制备的有机无机膜在一定程度上弥补了有机超滤膜的缺陷,改性效果好,易操作,能适应更多的分离体系。相信随着对制膜材料深入的研究,将会研制出更多性能优良的制膜材料,从而制备出综合性能更好的超滤膜,使超滤技术得到更广泛的应用[23]。