亲水改性方法对聚偏氟乙烯超滤膜耐老化性的影响研究

作     者：张书嘉 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凯

授予年度：2023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：超滤膜 聚偏氟乙烯(PVDF) 亲水改性 共混改性 耐老化性 

摘      要：膜分离技术因分离效率高、出水水质好已成为水处理技术的热门发展方向之一,其中超滤技术已在给水处理中大规模应用。超滤膜使用过程中,胶体和悬浮颗粒、溶解性污染物、微生物等在膜表面和膜孔内的积累会导致膜的渗透性和选择性下降,因此化学清洗是超滤工艺运行中的必要环节。化学清洗剂与高分子膜长期接触会导致膜的化学组成和结构、表面性质、过滤性能等发生不可逆变化,即膜老化。本文主要针对亲水改性方法对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜耐老化性的影响开展研究。在考察氯化钠(NaCl)凝固浴调控晶型、纳米氧化铝(AlO)共混、羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)共混三种亲水改性方法对膜化学组成和结构、表面性质和形貌及过滤性能影响的基础上,通过静态老化试验,考察了氯和臭氧老化对膜性质和性能的影响,主要成果和结论如下:首先,探究了NaCl凝固浴对PVDF超滤膜耐老化性的影响。选用NaCl凝固浴对超滤膜晶型进行诱导,通过增大极性β晶型比例使膜的亲水性提高。NaCl凝固浴膜有光滑膜表面,且在膜表面有更大的孔径和更低的孔隙率。氯和臭氧老化使膜上部分聚乙烯吡咯烷酮(PVP)氧化流失、膜亲水性降低,老化后NaCl凝固浴膜表面纯水接触角比纯水凝固浴膜低1.5-5.8°。NaCl凝固浴膜中较高比例的极性β晶型部分补偿了PVP流失造成的亲水性降低,膜的抗腐殖酸(HA)污染性能有所提高,对HA有较高截留性能(59.4%-68.4%)。其次,探究了纳米AlO共混对PVDF超滤膜耐老化性的影响。纳米AlO共混使膜的亲水性增强、孔径变小、孔隙率提高,对HA截留率提高了4.6%-14.5%。氯和臭氧老化后,纳米AlO共混膜的纯水接触角比对照膜低3.7-8.0°,纳AlO共混膜对HA的截留率比对照膜约高6%。最后,探究了MWCNTs-OH共混对PVDF超滤膜耐老化性的影响。MWCNTs-OH增加亲水性羟基和提高极性β晶型比例使膜的亲水性明显改善,MWCNTs-OH共混使膜表面孔径增大、孔隙率提高,对于污染物的截留能力减弱。氯和臭氧老化后,MWCNTs-OH共混膜的纯水接触角比对照膜低7.3-10.9°,MWCNTs-OH膜老化后表现出三种改性方法下最强亲水性。HA污染后MWCNTs-OH共混膜的可逆性明显高于对照膜,但对污染物的截留率比对照膜低4.5%-5.1%。