无机-有机复合膜的原位制备及性能研究(2)
3.2 膜的组成分析 14
3.3 膜的结构分析 15
3.4 膜的超滤性能分析 17
3.5 膜的吸水率分析 18
3.6 膜的抗污染性能分析 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 膜分离技术
膜分离技术是一项新兴的高效分离技术，是指利用膜的选择渗透作用，使混合物中的溶质和溶剂在通过分离膜时，实现选择性分离的技术。与传统分离过程相比，膜分离技术有以下特点：（1）膜分离过程可在常温下进行，操作简便；（2）一般膜分离过程不发生相转化，能耗低；（3）膜分离技术适用范围广泛；（4）膜分离过程装置简单，易于自动化控制，文修方便。目前，使用较为广泛的膜分离技术主要有：微滤法（MF）、超滤法（UF）、纳滤法（NF）、反渗透（RO）和渗析（D）等，膜分离一般采用错流过滤方式，膜评价时也用到死端过滤方式。
由于膜分离技术具有过程简单、操作方便、分离效率高、能耗低（无相变）、占地面积小、不污染环境、便于与其他技术集成等突出优点，因此有效广泛地应用于医药、石油化工、生化、环境等领域。膜分离技术的核心部分是分离膜，在膜分离过程中，分离膜的亲水性和多孔性结构至关重要。较高的渗透性、良好的亲水性以及出色的化学稳定性是品质优秀的分离膜必须具有的，以保证在长时间运行过程中不易受进水腐蚀或产生堵塞。其中，高聚物膜因其良好、灵活的成膜特性和低廉的价格，一直受到广泛的关注，成为膜的主要合成材料。然而，在化学、机械和热力性能上的局限使高聚物膜的应用受到了较大的限制。由于这些高聚物膜本身的疏水特性，致使在过滤过程中容易造成堵塞——膜污染，使通量大大下降，严重影响了超滤的正常运行。因此，高聚物膜的改性成为了当今研究的重点。
1.2 高性能膜材料
膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到广泛的关注。膜材料按形式可分为生物膜、天然物质改性或再生膜、无机膜和高分子聚合膜等。品质较好的膜必须具有较高的渗透性、良好的亲水性以及出色的化学稳定性，保证在长时间运行过程中不易受进水腐蚀或产生堵塞[1]。
不同的膜分离过程对膜材料有不同的要求。例如，蒸馏膜材料要求疏水性的；反渗透膜材料要求是亲水性的；超滤过程膜的污染取决于膜材料与被分离介质的化学结构。因此，根据不同的膜分离过程和被分离介质，选择合适的聚合物作为膜材料是制备分离膜首先必须解决的[2]。
近年来，关于高性能膜材料的开发和改性已经成为研究热点，并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃等无机膜材料和PES/SiO2、PVDF/ZrO2等有机-无机材料。其中，将无机物粒子掺入有机聚合物中形成有机-无机杂化膜，使膜兼具有有机膜柔韧性和无机膜化学稳定性，抗高温性等优点，展现出了非常有希望的前景，是膜材料的发展趋势之一[3]。
1.3 聚偏氟乙烯（PVDF）膜
1.3.1 聚偏氟乙烯(PVDF)概述
在众多有机聚合材料中，偏聚氟乙烯（PVDF）以其优异的热力学稳定性和对有机溶剂、酸和碱的化学抗性，在超滤、微滤和渗透蒸发膜工艺中广泛得到应用。PVDF是一种结晶性聚合物，相对密度为1.75~1.78，玻璃化温度约-39℃，结晶熔点约为170℃，热分解温度在316℃以上[4]。
由于聚烯烃分子的碳链呈锯齿形，其氢原子被电负性较大的氟原子取代后，与相邻的氟原子相互排斥，从而使得氟原子不在同一平面内，并沿碳链作螺旋分布，故在碳链的四周被一系列性质稳定的氟原子所包围，这种几乎无间隙的空间屏障使得任何原子或基团都不能进入其结构内部而破坏碳链，因而表现出极高的化学稳定性和热稳定性[5]。所以用波长为200~400nm的紫外灯照射一年，其性能基本不变，其薄膜置于室外一二十年也不变脆龟裂[6]， PVDF的耐腐蚀性能较强，室温下除了发烟硫酸、发烟硝酸等以外不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，对脂肪烃、芳香烃、醇和醛等有机溶剂很稳定[7]。PVDF最突出的特点是具有极强的疏水性，因而使其在膜蒸馏过程和膜萃取过程中倍受青睐。这是亲水性膜材料所无法比拟的。
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