绿色热致相分离法制备PVDF微孔膜

作     者：冯栓虎 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘振

授予年度：2016年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：聚偏氟乙烯(PVDF) 离子液体 热致相分离(TIPs) 平板膜 中空纤维膜 

摘      要：聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的热稳定性、耐化学性和易加工成膜的等特点,已被广泛应用于微滤、超滤、膜生物反应器、膜蒸馏、气体分离、水中污染物的去除、生物燃料收集、锂离子电池隔膜和离子交换膜等方面。可通过浸没沉淀法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)等多种制膜工艺制备不同形状的PVDF膜,包括平板膜、中空纤维膜和管式膜等。但是,目前采用NIPS法和TIPS法工艺制备PVDF膜,均需使用大量有机溶剂,而有机溶剂很难再回收利用,环境污染和原材料浪费十分严重。近年来,一种新型绿色溶剂离子液体引起人们的高度重视。由于离子液体不挥发,不易燃,导电性强,性质稳定,对许多无机盐和有机物都有良好的溶解性。离子液体的独特性质使它有望取代常规的有毒、污染性大的有机溶剂。而且,离子液体可以回收利用,有助于减少环境污染。本论文以PVDF为膜材料,使用离子液体替代有机溶剂作为稀释剂,采用TIPS法制备PVDF膜,并对TIPS法制备PVDF膜成膜机理进行研究,探索制膜过程中膜微孔结构的设计、构建、重组及优化机制。对以离子液体为稀释剂的绿色热致相熔融工艺制备PVDF膜成膜机理进行研究,为高性能高聚物分离膜的制备提供理论基础和技术支持。通过TIPS法制备了由四种离子液体分别作为稀释剂的PVDF中空纤维膜和平板膜,对四种中空纤维膜和平板膜进行了热重、电镜、结晶、力学性能以及水通量测试分析后,得出1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF4)为比较理想的稀释剂。然后,着重介绍以[BMIm]BF4为绿色环保稀释剂通过TIPS熔融工艺制备PVDF中空纤维膜和平板膜。绘制了PVDF/[BMIm]BF4混合物的相图,并研究了影响PVDF膜形态及性能的因素。对聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物在稀释剂[BMIm]BF4中的结晶行为进行了研究,结果发现,膜孔隙率、纯水通量和断裂伸长率随着聚合物浓度的增加而减小,而膜的断裂强度则相应增加,并且平板膜的纯水通量要比中空纤维膜的通量大。通过差示扫描量热(DSC)和红外光谱分析(FTIR)等研究了在不同PVDF浓度下的结晶行为,实验发现,在该体系中,离子液体对其没有影响。离子液体[BMIm]BF4作为稀释剂用于PVDF微孔膜的制备可以改善膜的亲水性。PVDF微孔膜的接触角最小能到70.2°。