PTFE中空纤维膜的亲水性的抗污性研究

作     者：王峰 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭玉海

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：膜分离技术 膜污染 亲水基团 Zeta电位 抗污性 

摘      要：膜分离技术因其高效、环保等优势已被广泛应用于空气过滤、水处理等相关行业。然而，分离过程中膜污染不可避免，导致分离效率降低，因此缓解膜污染已成为膜分离技术的研究热点。近年来研究者采用分子组装技术对分离膜表面结构重组以缓解膜污染，提高膜分离效率，但关于膜污染的内在机理相关研究则较少。 本文以固液界面双电层理论为指导，结合固体表面吸附理论，通过SEM、IR、WCA、SurPASS等方法研究膜结构(微观形貌、化学结构)对膜表面特性(亲水性、Zeta电位)的影响，建立聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜表面亲水基团与抗污性之间的关系。主要研究内容和结论如下： (1)采用聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GA)交联在PTFE膜表面引入羟基(-OH)制备PTFE/PVA复合膜。测试结果表明，复合膜表面出现PVA亲水层，接触角由146°降至48°，稳定的亲水性削弱牛血清蛋白(BSA)污染分子的静态吸附行为;当pH7时，复合膜Zeta电位随PVA亲水层含量升高而降低，其与BSA分子之间的静电斥力增加，复合膜抗污性能改善。 (2)采用丙烯酸(AA)与对苯乙烯磺酸钠(NaSS)自由基共聚在PTFE膜表面引入磺酸基(-SOH)制备PTFE/P(AA-co-NaSS)复合膜。IR谱图表明，当AA和NaSS质量浓度分别为14%和12%时，复合膜表面沉积大量含-SOH亲水物质，接触角降低至78°，BSA分子静态吸附量减小;当pH7时，复合膜Zeta电位随亲水沉积物含量升高而降低，抗污性提高。 (3)采用氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与PVA缩聚制备杂化凝胶，通过涂覆法在PTFE膜表面引入氨基(-NH)制备PTFE/PVA-APTES复合膜。测试结果表明，复合膜表面出现杂化亲水层，接触角降至58°，BSA分子吸附量减小;干燥温度升高会消耗羟基，降低亲水性能;当pH7时，复合膜Zeta电位随-NH含量增加而升高，抗污性降低。 (4)通过比较不同类型基团对PTFE膜亲水性以及复合膜Zeta电位的影响，分析膜污染机理，总结出膜抗污性改善的内因。相比于PTFE膜，复合膜因其优异的亲水性能减少BSA分子的吸附以提高抗污性;复合膜因不同类型基团控制Zeta电位，削弱膜与BSA分子之间的静电吸引力以提高抗污性。