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EVOH和EVOH/PVDF改性膜的制备及抗污染性能研究

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EVOH和EVOH/PVDF改性膜的制备及抗污染性能研究

作者：成功哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着人口的增加,工业化进程的加速,水污染情况越来越严重,常采用膜分离技术对污水进行处理,但膜分离技术在水处理中的膜孔堵塞及膜表面形成泥饼层等膜污染问题成为制约膜分离技术进一步发展的关键因素。研究者通过对膜进行亲水改性的手... 详细信息

随着人口的增加,工业化进程的加速,水污染情况越来越严重,常采用膜分离技术对污水进行处理,但膜分离技术在水处理中的膜孔堵塞及膜表面形成泥饼层等膜污染问题成为制约膜分离技术进一步发展的关键因素。研究者通过对膜进行亲水改性的手段来延缓膜污染问题,但该方法经常发生链段不稳定、基团脱落等问题使得膜失去功能性。因此本研究采用亲水性材料共混改性制备膜元件,在保证机械强度的同时考察抗污染性能。乙烯乙烯醇(EVOH)同时具有亲水性基团和疏水性基团得到广泛应用,本研究采用浸没相转换法制备亲水性EVOH膜,通过单因素试验考察影响膜的分离性能和机械性能的主要因素。最终确定了制备亲水性EVOH膜的最优工况为EVOH浓度为20%,磁力搅拌时间为8h,铸膜液温度为60℃,凝固浴温度为室温(15℃0℃)。通过对膜进行扫描电镜表面形貌、XRD、水接触角及最大孔径的检测,检测结果显示EVOH膜的具备高亲水性能。EVOH亲水膜机械性能较差,机械强度为80N,断裂伸长率为15.47%,故对膜进行PVDF共混改性以提高其机械强度。通过单因素试验,考察制膜过程中影响膜的分离性能和机械性能的主要因素。最终确定了EVOH/PVDF质量分数总量为20%,且M(EVOH)):M(PVDF))共混比为8:1,搅拌时间为15h,铸膜液温度60℃,凝固浴温度为室温(15℃0℃)条件为制备亲水性EVOH/PVDF共混膜的最优工况。该工况下所得膜的机械强度为113N,断裂伸长率为9.72%,大幅提高膜的机械性能。为考察膜的抗污染性能,对膜进行了典型污染物牛血清蛋白(BSA)、多糖(SA)、腐殖酸(HA)膜吸附试验,膜通量恢复率试验以及序批式膜生物反应器(MSBR)小试试验。试验结果表明,膜污染主要由膜孔堵塞、膜表面形成泥饼层及膜的压实等因素造成的,物理清洗只能洗掉表面污染物,化学清洗、超声清洗可洗掉膜孔污染物,膜通量恢复率可达90%以上。通过MSBR小试试验,两种膜在MSBR反应器中对浊度均有97%以上的截留作用,在使用周期上EVOH膜达40d,共混膜可达45d,有更高的抗污染效果。

关键词：亲水膜制备膜改性膜污染抗污染性能

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可食性膜制备及改性研究

粮食与油脂 2009年第7期22卷 11-12页

作者：董加宝郑玉连湖南科技学院湖南永州425100

可食性膜是当前包装材料研究中较为热门课题,并已应用到商品流通许多领域,特别是在食品包装和保鲜领域;该文主要对各类可食性膜制备及膜改性工艺进行综述。

关键词：可食性膜膜改性食品包装材料

单宁酸-铁-铜改性超滤膜增强膜抗生物污染能力研究

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单宁酸-铁-铜改性超滤膜增强膜抗生物污染能力研究

作者：杨恩诺广东工业大学

学位级别：硕士

超滤在给水深度处理中具有潜在的优势,然而膜污染是限制其推广和应用的瓶颈。微生物可通过膜表面的有机和无机污染物进行大量繁殖而形成生物污染,进而缩短膜的使用寿命,并恶化出水水质。在形成的膜生物污染层中,除了细菌之外,藻细胞由... 详细信息

超滤在给水深度处理中具有潜在的优势,然而膜污染是限制其推广和应用的瓶颈。微生物可通过膜表面的有机和无机污染物进行大量繁殖而形成生物污染,进而缩短膜的使用寿命,并恶化出水水质。在形成的膜生物污染层中,除了细菌之外,藻细胞由于其个体较大,更容易造成膜孔堵塞,也是膜生物污染的重要组成部分,然而目前这方面的报道较少。为了解决超滤的生物污染问题,本课题采用单宁酸-铁-铜联合对超滤膜表面进行改性,来增强膜的亲水性和抗生物（细菌、藻类）污染能力,主要结论如下:（1）以大肠杆菌（革兰氏阴性）、枯草芽孢杆菌（革兰氏阳性）为细菌代表,以铜绿微囊藻（蓝藻）为藻类代表,以杀菌抑藻性、膜纯水通量和膜的稳定性作为主要的衡量指标;通过调节改性药剂（单宁酸、铁、铜）的投药配比,对聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜进行表面涂覆改性。当单宁酸、铜和铁摩尔浓度比为1:1:0.1时,在不牺牲膜的水通量和保持较高的膜稳定性的前提下,改性效果最佳。相比原膜,改性膜对大肠杆菌的杀灭率从8.7%提高到98.91%,对枯草芽孢杆菌的杀灭率从3.88%提高到96.90%,对铜绿微囊藻的灭活率从1%提高到99%。（2）通过扫描电镜、傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱分析、接触角测定和电感耦合等离子体光谱分析等对改性前后的膜进行表征可知,TA-Fe-Cu已稳定负载于膜表面。由于单宁酸和铜的杀菌抑藻作用,使改性膜具有较好的抗生物污染性能;由于单宁酸的亲水性,使得改性膜接触角显著降低,补偿因增加过滤涂层而导致的水通量降低;由于铁离子和单宁酸的络合作用,使得改性膜的稳定性（以铜计）可达84.5%。（3）将改性膜用于处理广州地区实际水体,评价其杀菌抑藻效果,结果表明:改性膜的初始杀菌率约为95%～98%,在多个过滤周期后杀菌率可保持在80%～86%;改性膜的抑藻率因实际水体不同而表现出较大的特异性,对含蓝藻为主体的水体具有较好的抑藻效果,抑藻率约为50%～80%（第96h）;此外,经过多个过滤周期,改性膜对浊度、UV254的去除率与原膜接近,其中浊度去除率在99%以上,UV254的去除率因水体有机物分子量分布不同而在40%～80%不等;而对多糖、总有机碳（TOC）的去除率优于原膜,其中多糖去除率约为92%～97%,TOC去除率约为50%～60%。同时,改性膜与原膜表现出相近的膜通量变化趋势。（4）从技术经济角度与现有文献对比可知,本课题的改性方案在不损失通量且保证膜稳定性的前提下,不仅具有优良的灭菌效果,而且还有独特的抑藻性能,这是现有众多改性方法所忽略的。此外,本改性方案操作简单,所需时间短,材料低廉且容易获得,具有明显的经济优势。

关键词：超滤生物污染膜改性单宁酸-铁-铜抗菌抑藻性

两性离子材料改性芳香聚酰胺膜的制备及性能研究

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两性离子材料改性芳香聚酰胺膜的制备及性能研究

作者：张杨浙江大学

学位级别：硕士

芳香聚酰胺膜在脱盐和水净化领域有着广泛的应用,但耐污能力差限制了其应用。膜污染问题会降低其水通量,缩短使用寿命,增加运行成本。通过表面改性来提高膜抗污能力是目前研究的一个热点。两性离子材料可以有效抵抗蛋白质非特异性吸附,... 详细信息

芳香聚酰胺膜在脱盐和水净化领域有着广泛的应用,但耐污能力差限制了其应用。膜污染问题会降低其水通量,缩短使用寿命,增加运行成本。通过表面改性来提高膜抗污能力是目前研究的一个热点。两性离子材料可以有效抵抗蛋白质非特异性吸附,本文主要探索了两性离子材料改性芳香聚酰胺膜的制备及性能。为了降低表面的污染,论文主要研究了表面引发ATRP(原子转移自由基聚合)聚合改性方法,实现了在芳香聚酰胺膜表面的亲水聚合物pSBMA(聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯)的接枝。该接枝方法利用了芳香聚酰胺膜上残存酰氯基团固定引发剂,适合现有的界面聚合制膜方法。另外,还探索了赖氨酸及pSBMA直接界面改性聚酰胺膜的方法。研究结果显示：(1) pSBMA表面引发改性聚酰胺膜具有优良的抗蛋白吸附能力,不可逆蛋白吸附可降至原膜蛋白吸附量的2.9%。(2)当料液中存在污染物时,如腐植酸和牛血清蛋白,pSBMA表面引发改性膜的水通量比原膜下降更少,而截留率依然保持不变,说明改性膜获得了较高的耐污能力。(3)在较高的工作压强下,pSBMA表面引发ATRP改性膜可以一直保持比原膜更高的通量,其截留率相差无几。(4) pSBMA的二次界面聚合改性可行性相对较差,究其原因,主要是在合成聚合物时较难得到大量低分子量的两性离子物质,合成结果显示中最小的分子量也在6000以上,在只有一个端基胺的条件下,把聚合物固定在聚酰胺膜表面上有一定难度。(5)赖氨酸二次界面聚合改性后表现不错,小分子的赖氨酸结合到表面后,在降低蛋白吸附约30%的情况下,仍能很好地保持膜的分离渗透性能,其中通量要比聚酰胺原膜提升约两倍,截留率和赖氨酸浓度有关,降低3-10个百分点不等。

关键词：抗蛋白吸附 ATRP 聚酰胺膜膜改性抗污染性能

聚酰胺反渗透复合膜耐氯性能的可再生改性研究

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聚酰胺反渗透复合膜耐氯性能的可再生改性研究

作者：杨碧野浙江大学

学位级别：硕士

聚酰胺反渗透复合膜具有高效率、低能耗及高选择性等性能优势,已被广泛应用于水处理领域。在实际运行过程中,为了抑制水中微生物对膜造成的影响,常通过添加活性氯的方式抑制其生长和繁殖,但长期接触残余的活性氯会使聚酰胺分离层氧化降... 详细信息

聚酰胺反渗透复合膜具有高效率、低能耗及高选择性等性能优势,已被广泛应用于水处理领域。在实际运行过程中,为了抑制水中微生物对膜造成的影响,常通过添加活性氯的方式抑制其生长和繁殖,但长期接触残余的活性氯会使聚酰胺分离层氧化降解,导致反渗透膜性能下降,使用寿命缩短。因此,膜氧化是目前聚酰胺反渗透膜在实际应用过程中面临的主要问题之一,开发具有耐氯性能的聚酰胺膜是保证反渗透膜持久、稳定和高效运行的重要途径。具有本征耐氯性能的膜材料开发周期长、应用推广难度大,尚不能满足反渗透发展的需求;膜改性法因设计性强成为提高膜性能研究的热点。现有的聚酰胺膜耐氯改性研究面临两个难题:一是改性可能增大膜渗透阻力导致膜通量降低;二是大部分改性材料被氯化后耐氯能力不可再生。本文针对上述两个问题采取不同的膜改性策略,包括在聚酰胺分离层掺杂纳米颗粒、表面化学接枝和表面静电沉积三种方法,在尽量减少损害膜性能的前提下,提高膜对活性氯的耐受性,同时赋予膜耐氯能力的可再生性,使其在遭受活性氯攻击后可以通过还原处理恢复其耐氯性能。本文的主要研究内容包括以下三个部分:(1)纳米聚乙撑二氧噻吩颗粒掺杂的耐氯聚酰胺反渗透膜:采用反向胶束法合成聚乙撑二氧噻吩纳米颗粒,颗粒尺寸在50-100nm之间,小于聚酰胺分离层厚度,在水相和有机相中均具有较好的分散性。将纳米颗粒超声后分散于反应相中参与界面聚合制备掺杂膜,膜分离性能研究表明:纳米颗粒分散于油相制备的反渗透膜保持了良好的分离性能,掺杂膜表面亲水性提高。由于聚乙撑二氧噻吩3、4位与氧相连,氧化还原电位较低,因此膜内分散的纳米颗粒可优先与活性氯发生氧化还原反应,从而有效地抑制活性氯对聚酰胺分离层的氧化破坏。当活性氯强度达到5000ppm·h时,未改性原膜的归一化截留率降至96.2%,而改性膜的截留率仍保持在99.2%,纳米颗粒掺杂改性明显提高了膜的耐氯性。(2)二氨基二苯胺表面接枝改性的可再生耐氯性聚酰胺反渗透膜:利用聚酰胺膜表面残余的酰氯基团作为反应位点,采用二氨基二苯胺(UBOB)乙醇溶液对聚酰胺膜进行接枝改性。以膜表面接触角、Zeta电位和膜性能作为评价指标,得到聚酰胺膜表面的UBOB饱和接枝浓度为1.5 wt%,此时,膜接触角由63.9°增至79.1°,Zeta电位从-49.8 mV升至+11.0 mV,通量虽略有下降,但截留率有所提升。基于二氨基二苯胺与活性氯的可逆氧化还原反应,设计了“氯化-还原”循环实验,三次“氯化-还原”循环后改性膜的归一化截留率仍保持在99.4%,而原膜的归一化截留率下降至97.8%,测试结果表明接枝改性赋予膜可再生的耐氯性。(3)聚苯胺静电自沉积修饰的可再生耐氯性聚酰胺反渗透膜:苯胺在过硫酸铵氧化作用下生成苯胺阳离子自由基并与表面荷负电的商业XLE聚酰胺膜发生静电相互作用,引发聚合反应自发生成聚苯胺沉积在膜表面。改性膜的傅立叶红外光谱结果显示,1378 cm-1和1590cm-1处出现新的吸收峰,表明聚苯胺成功地沉积于膜表面。膜分离性能测试结果表明:聚苯胺涂层虽然降低了膜的渗透通量,但膜的耐氯性能明显提高。由于本征态聚苯胺具有可逆的氧化还原性能,经过两次还原三次氯化处理的聚苯胺修饰膜的归一化截留率基本保持在101%左右,而XLE膜的归一化截留率降至96.7%。通过比较原膜和改性膜分离性能的变化,结合聚苯胺氯化还原前后红外光谱的变化,证实了采用Na2S2O3还原处理能够有效恢复改性膜的耐氯性能。综上,本文采用了纳米颗粒掺杂法、接枝法、静电沉积法三种膜改性方法,在不明显损坏膜分离性能的前提下实现膜耐氯性能的明显提升。选取的三种改性材料均具有较低的氧化还原电位,能优先与活性氯发生反应,并有望实现膜耐氯能力的可再生。

关键词：聚酰胺反渗透膜膜改性耐氯性可再生

渗透汽化法汽油脱硫用乙基纤维素膜的制备及其改性研究

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渗透汽化法汽油脱硫用乙基纤维素膜的制备及其改性研究

作者：刘敏中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

渗透汽化膜脱硫是一种非加氢脱硫技术,具有可深度脱硫、不损失辛烷值、投资费用少等优点,被认为前景可观的汽油脱硫方法。但由于膜材料开发受限,没有实现真正的工业化。本文以膜材料为研究对象,开展膜材料的选用、改性、工艺优化等一系... 详细信息

渗透汽化膜脱硫是一种非加氢脱硫技术,具有可深度脱硫、不损失辛烷值、投资费用少等优点,被认为前景可观的汽油脱硫方法。但由于膜材料开发受限,没有实现真正的工业化。本文以膜材料为研究对象,开展膜材料的选用、改性、工艺优化等一系列研究。论文以聚偏氟乙烯(PVDF)为底膜,乙基纤维素(EC)为分离层,以1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为交联剂,在紫外辐射下进行交联反应。红外和扫描电镜分析表征发现交联反应成功进行,交联后膜的形态发生显著变化;EC交联膜的制备工艺优化研究结果得到膜的最佳制备工艺为:固含量18%、交联剂含量22%、最佳成膜温度为50°C;在最佳制膜工艺下确定膜的最佳使用条件为:脱硫温度80°C,此时控制渗透侧压力3000 Pa,进料流速90 mL/min,测得膜通量为2.434 kg/(m·h),硫富集因子4.367;实验中采用两种交联剂对EC膜进行改性对比,同等条件下,膜的通量大小次序为:HDDA>TMPTA;硫富集因子大小次序为:TMPTA>HDDA。基于π-d络合,论文引入AgNO对EC膜进行杂化改性,并将AgNO杂化膜与EC交联膜进行比较,当温度低于80°C时,杂化膜的选择性较好,而EC交联膜的渗透通量较高;杂化膜的扫描电镜表明AgNO均匀的分散在膜中,无明显的团聚现象。根据相似相溶原则,引入丙烯酰氯对膜进行接枝改性。接枝产物的衰减全反射红外光谱图中出现了双键和羰基的吸收峰,说明丙烯酰氯已经成功的接枝在EC上;X射线衍射图表明接枝并没有改变EC的出峰位置,但是峰强度减小,接枝产物的结晶度减小;接枝后EC膜的硫富集因子为4.85,通量为1.928 kg/(m·h),而杂化膜的硫富集因子为4.925,通量为1.505 kg/(m·h),虽然接枝后EC膜的硫富集因子比杂化膜略有降低,但通量增大了0.423 kg/(m·h)。

关键词：渗透汽化汽油脱硫乙基纤维素膜改性复合膜

关于MBR中膜污染的界面热力学机制的研究及其在改性膜中的应用

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关于MBR中膜污染的界面热力学机制的研究及其在改性膜中的应用

作者：冯姝姝浙江师范大学

学位级别：硕士

近年来,水资源的日益紧缺和高质量饮用水的需求使废水循环利用吸引了越来越多的目光。针对传统的生物废水处理过程中一直难以解决的固液分离问题,膜生物反应器(MBR)技术成为该问题最有效的解决方法之一。MBR技术的应用可以广义地定义为... 详细信息

近年来,水资源的日益紧缺和高质量饮用水的需求使废水循环利用吸引了越来越多的目光。针对传统的生物废水处理过程中一直难以解决的固液分离问题,膜生物反应器(MBR)技术成为该问题最有效的解决方法之一。MBR技术的应用可以广义地定义为将废水的生物降解与膜过滤相结合的系统。事实证明,它们可以有效去除有机和无机污染物以及微生物,因而MBR受到越来越多的关注。然而,膜污染问题是MBR领域的最大瓶颈,限制了该技术的发展。因此,深入地了解膜污染的机制以及寻求有效的改性措施以减轻膜污染是该研究的热点方向。本文尝试了改性提高膜抗污染性的研究。以亲水性丙烯酸羟乙酯(HEA)为单体通过辐射接枝法对疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行改性。对改性膜进行一系列性能表征,并基于分形理论和扩展的Derjaguin-Landau-verwey-overbeek(XDLVO)理论对抗污染性能进行热力学分析加以证明。接着借助一个实验室规模的浸没式MBR系统考察了在分形理论结合XDLVO理论研究膜污染过程中分形粗糙度(G)和随机相(φm,n)对界面相互作用的影响。主要研究结果如下:(1)用亲水性HEA单体接枝改性后的膜表现出增强的亲水性、含水率,沉降能力和润湿性。有趣的是,过滤测试发现在酸性范围内接枝膜的水通量对溶液pH有明显的敏感性。原子力显微镜(AFM)分析提供了随着溶液pH的变化接枝膜表面孔径随之减小的证明。这由于随着pH的增加化学势变化引起接枝链基质的溶胀造成的膜表面孔径减小。同时发现接枝膜比对照膜具有明显降低的通量下降率。此外,接枝膜对于牛血清白蛋白溶液(BSA)的通量明显大于纯水通量。这是由于接枝的聚合物链发生溶胀时双电层压缩作用所导致的。(2)结合了分形理论和XDLVO理论探讨了对照膜和接枝膜分别在光滑膜-光滑颗粒和分形膜-光滑颗粒两个情景下的界面相互作用,进一步从热力学角度验证了接枝膜具有更高的抗污染性能。这项研究不仅提供了一种对pH敏感的PVDF膜的应用,也提出了提高接枝膜的性能的新的机制。(3)通过功率谱法分析AFM图像得到模拟真实表面需要的参数。根据与分形理论有关的双变量Weierstrass-Mandelbrot(WM)函数,我们可以构建出与真实膜表面近似的膜表面,并比较两者的形貌和表面粗糙度值,结果表示该方法是可行的。(4)基于XDLVO理论计算出污泥颗粒和膜表面之间的界面相互作用。同时结合表面元素积分法(SEI)和复合Simpson法则简化繁琐的计算公式,实现高效的计算过程。系统地评估了光滑膜-光滑颗粒和分型膜-光滑颗粒两种情景下的界面相互作用(包括酸碱作用力,范德华力和静电双层作用力)。(5)分形粗糙度是分形表面最重要的属性之一。在这项研究中,发现随机粗糙的膜表面是分形表面,其可以通过优化的双变量WM函数进行数学模拟。膜表面的分形粗糙度与模拟表面的统计粗糙度值之间有明显的函数关系。界面相互作用的评估表明膜表面分形粗糙度的增加会增强并延长膜和污染物之间的界面相互作用,并在这项研究的条件下,将显著增加污泥颗粒在膜表面上的粘附倾向。这个有趣的结果可以归因于分形粗糙度的增加同时改善了分离距离和污泥颗粒粘附的作用表面积。(6)随机相作为分形几何中重要的参数,在模拟分形表面的过程中起到举足轻重的作用。本文探究了随机相对膜表面形态和界面相互作用的影响。研究过程中发现随机相的改变会对膜表面形貌有显著的影响,同时随机数在一定范围内模拟表面的粗糙度值也会在较小范围内波动变化。此外,界面作用力的结果表明随机数在一定倍数内,界面作用会随之减小。本文在热力学的背景下,研究了分形粗糙度和随机相两个参数对界面相互作用和膜污染的影响,为MBR中膜污染的控制提供了参考。

关键词：膜生物反应器膜污染膜改性辐射接枝 XDLVO理论分形几何

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芳香聚酰胺反渗透复合膜的接枝改性

芳香聚酰胺反渗透复合膜的接枝改性

作者：柳靖群浙江理工大学

学位级别：硕士

芳香聚酰胺反渗透复合膜(APA-RO-TFC)以其优良的分离性能占据着反渗透膜领域中的重要地位。然而聚酰膜易污染及耐氯性能差的缺点制约了反渗透分离技术的进一步发展和应用。因此，制备高性能、抗污染、耐氯性能好的反渗透膜，是目前反渗... 详细信息

芳香聚酰胺反渗透复合膜(APA-RO-TFC)以其优良的分离性能占据着反渗透膜领域中的重要地位。然而聚酰膜易污染及耐氯性能差的缺点制约了反渗透分离技术的进一步发展和应用。因此，制备高性能、抗污染、耐氯性能好的反渗透膜，是目前反渗透膜领域的研究重点。反渗透复合膜的分离性能和抗污染性能主要取决于其表面性质如化学组成、亲水性、电荷和微结构，膜耐氯性能则主要取决于膜表面活性分离层对于活性氯攻击的抵抗能力，而表面改性则是调控聚酰胺反渗透复合膜表面微结构、分离性能、抗污染性能和耐氯性能的手段之一。本论文以丙烯酸(AAc)和具有温度响应性能的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)作为接枝功能单体，以Na2S2O5-K2S2O8体系作为引发剂，通过氧化-还原引发接枝聚合的方法将两者接枝于芳香聚酰胺复合膜表面，对聚酰胺复合膜进行接枝改性。首先，分别将PAAc和PNIPAm接枝于芳香聚酰胺复合膜表面，制备PA-g-PNIPAm膜和PA-g-PAAc膜，研究了改性对聚酰胺反渗透复合膜表面微结构、分离性能、抗污染性能和耐氯性能的影响。然后，在此基础上，将PAAc和PNIPAm共同接枝于聚酰胺反渗透复合膜表面，制备(PA-g-PNIPAm)-g-PAAc膜和(PA-g-PAAc)-g-PNIPAm膜，研究改性膜的分离性能、抗污染性能和耐氯性能。研究结果概括如下： 1.芳香聚酰胺复合膜表面接枝PNIPAm的研究显示：聚酰胺复合膜改性后，膜表面形貌发生变化，PA-g-PNIPAm膜表面出现聚集态物质，复合膜表面粗糙度降低。ATR-FTIR图谱显示，PA-g-PNIPAm膜在酰胺I带和酰胺II带(1542-1662cm-1)的吸收峰明显增强。亲水性研究表明，PA-g-PNIPAm膜亲水性增强，且膜表面呈现温敏特性。表面接枝PNIPAm能提高聚酰胺复合膜的渗透通量，但导致复合膜截留率下降，同时能够有效提升膜对BSA、SDS的抗污染性能和耐氯性能。接枝的PNIPAm随温度发生的相转变，使得改性膜表面的污染物更容易被洗脱，使改性膜的通量得到很好的恢复。 2.芳香聚酰胺复合膜表面接枝PAAc的研究显示：PAAc改性增强了复合膜表面亲水性，未改性膜的接触角为58.8°，PA-g-PAAc2膜的接触角下降为42.0°。膜表面Zeta电位的研究发现，PA-g-PAAc膜在pH=4.51.0范围内具有比未改性膜更高的负电位，即改性膜表面带有更多的负电荷。丙烯酸接枝浓度对改性膜的分离性能影响较大，随着改性溶液中AAc浓度的增大，复合膜通量下降，截留率增加。此外，表面接枝PAAc后能够有效地抑制BSA和SDS在复合膜表面的吸附，提高复合膜抗BSA和SDS污染性能。同时，复合膜表面接枝丙烯酸对于耐氯性的提升也非常有利。 3.芳香聚酰复合膜表面共同接枝PNIPAm和PAAc的研究显示：在聚酰胺复合膜同时接枝PNIPAm和PAAc，可同时提高复合膜的渗透通量和截留率。共同接枝改性膜的表面亲水性优于未改性膜，其表面接触角介于PA-g-PNIPAm膜和PA-g-PAAc膜之间。Zeta电位研究表明，(PA-g-PNIPAm)-g-PAAc膜和(PA-g-PAAc)-g-PNIPAm膜的Zeta电位接近于PA-g-PAAc膜。与未改性膜相比，共接枝改性膜具有更好的抗BSA和SDS染性能，且具有高的温水清洗效率;同时，耐氯性能也得到了更为显著的提升，且均优于PA-g-PNIPAm膜和PA-g-PAAc膜。

关键词：聚酰胺反渗透复合膜 N-异丙基丙烯酰胺丙烯酸膜改性表面接枝抗污染性能耐氯性能

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PVDF膜低温等离子体改性及动电现象研究

PVDF膜低温等离子体改性及动电现象研究

作者：王进辉兰州交通大学

学位级别：硕士

本论文通过自行设计的实验装置对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜的流动电位进行测定,根据流动电位与表面zeta电位的关系,通过Helmholtz-Smoluchowski方程式计算得出膜的表面zeta电位,通过等离子体接枝改性技术对膜进行表面改性,将丙烯... 详细信息

本论文通过自行设计的实验装置对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜的流动电位进行测定,根据流动电位与表面zeta电位的关系,通过Helmholtz-Smoluchowski方程式计算得出膜的表面zeta电位,通过等离子体接枝改性技术对膜进行表面改性,将丙烯酸和丙烯酰胺接枝单体引入膜表面,以改变膜亲水性能、调整膜的表面电荷,结果如下: (1)利用兰州交通大学自制的设备,通过低温等离子体工艺在膜表面接枝了丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM),分别考虑不同的单体浓度,接枝电压、功率,预处理等因素,得出了最佳的接枝条件,电流1.8A,电压2000V。通过FTIR表征了膜表面的接枝效果,在膜表面有明显的羧基和氨基的吸收峰出现。 (2)膜在溶液中的荷电性受膜本身性质和溶液性质共同作用。在不同浓度的电解质溶液中测定原膜和改性膜的流动电位,不论原膜还是改性膜,流动电位和压力差都成线性关系,并且随着压力差的增大流动电位值也增大,随着电解质的浓度的增加,流动电位的绝对值都是降低的,改性膜的流动电位在同等测定条件下都高于原膜。 (3)在10mol/L的KCl、KSO、MgCl和MgSO电解质溶液中,对改性膜和原膜的流动电位进行了测定实验,流动电位的绝对值的顺序是:KCl＞KSO＞MgCl＞MgSO。用AA和AM改性过的膜在相同电解质溶液中的流动电位都高于原膜。计算出的ζ电位表明:AA改性后的PVDF膜表面ζ电位随着阳离子的价态升高下降的很快,而用AM改性后的PVDF膜ζ电位值下降的较慢。 (4)通过测定PVDF原膜在不同浓度KCl溶液中的等电点均为3.4左右,说明同一价态金属盐测得的膜的等电点很接近,而浓度的影响的很小,PVDF原膜在NaCl、KCl、MgCl、CaCl溶液中的等电点(IEP)值为3.4、3.5、3.7、3.7,说明同价态金属离子溶液有相同的等电点值,流动电位变化规律非常相似,金属离子价态高,等电点也提高,而对改性膜和原膜的等电点的比较发现,用AA和AM改性后膜的等电点略有提高。 (5)在对自制的膜组件进行清水通量测定,结果用AA和AM改性后的膜的通量比原膜分别增加了26%、50%,说明改性有效的增强膜的亲水性能,对原膜进行BSA的过滤实验,膜通量在初始阶段快速下降,然后逐渐缓慢的下降直至趋于稳定。

关键词：流动电位 zeta电位膜改性中空纤维膜膜通量