嵌入—包埋法改性聚烯烃多孔膜的研究

论文摘要

聚烯烃多孔膜是一类重要的微滤膜材料,针对聚烯烃膜亲水性差、通量低、易遭受膜污染的问题,本文采用嵌入-包埋方法对聚烯烃膜进行亲水化改性,以期改善膜的亲水性,提高透水通量,增强其抗污染能力。本文研究了聚丙二醇（PPG）、烷基聚氧乙烯醚（C18EOn）和聚醚（EOxPOyEOx）三类改性剂对典型聚烯烃多孔膜,聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）多孔膜的改性作用,考察了改性条件对膜结构和性能的影响,探讨了改性剂在膜表面的嵌入-包埋机理。首先,实验验证了两亲性的PPG对聚烯烃多孔膜改性的可行性。表面组成和结构分析结果表明PPG的疏水性甲基嵌入了PE.PP多孔膜的表面结晶空隙中,从而保证PPG能够稳定地固定在膜表面。实验结果表明该改性方法对膜结构影响很小,改性膜的亲水性和透水性明显增强,嵌入膜中的改性剂随着PPG分子量的增加而增加,改性效果益发显著。PPG8000改性膜中的改性剂含量高达19.3wt%,接触角在120s时降低到60°左右。改性后PP膜的牛白蛋白（BSA）吸附量从原膜的34.25μg/cm2下降到3.26μg/cm2,显示出良好的抗蛋白吸附性能。在C18EOn和EOxPOyEOx改性聚烯烃多孔膜的研究中,重点考察了改性剂分子结构对改性效果的影响。结果显示C18EOn改性膜表现出更低的接触角和更大的水通量,表明这类改性剂比EOxPOyEOx对聚烯烃膜有更显著的亲水化作用。随着分子中亲水链段的增长,改性剂的亲水改性能力下降。当用C18EO5对PP多孔膜进行改性时,在60s时接触角可从原膜的102.92°降到26.49°,干膜通量增大到262.23L/（m2·h·ar）, BSA静态吸附量降低到17.40μg/cm2。研究中还发现,溶剂种类及操作温度对改性效果也有显著的影响。采用三种不同的清洗方法对聚烯烃改性膜进行清洗,通过接触角的变化讨论改性效果的稳定性,结果表明,改性膜的亲水性具有较好的稳定性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 研究背景与课题的提出
• 1.1 高分子膜材料研究与应用现状
• 1.1.1 膜分离技术概述
• 1.1.2 高分子微滤膜概述及应用
• 1.1.3 高分子微滤膜材料分类与制备方法
• 1.1.3.1 高分子微滤膜材料种类
• 1.1.3.2 高分子微滤膜材料制备方法
• 1.1.4 水处理膜材料的污染问题
• 1.2 高分子分离膜的改性研究进展
• 1.2.1 膜基体亲水改性
• 1.2.2 膜表面亲水改性
• 1.2.2.1 表面物理改性
• 1.2.2.2 表面处理改性
• 1.2.2.3 表面接枝改性
• 1.2.2.4 界面反应改性
• 1.3 课题的提出与研究思路
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 研究思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 材料与试剂
• 2.2 实验方案
• 2.3 测试与表征
• 2.3.1 膜的表面化学组成、表面形貌和性质
• 2.3.1.1 傅立叶表面衰减全反射变换红外分析（FTIR-ATR）
• 2.3.1.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.1.3 原子力显微（AFM）技术表面形貌分析
• 2.3.1.4 膜表面亲水性的测定
• 2.3.1.5 膜水通量的测定
• 2.3.1.6 蛋白吸附性能的测试
• 2.3.2 本体结构和性质
• 2.3.2.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2.2 热分析
• 2.3.3 稳定性实验
• 2.3.4 溶胀性能测定
• 第三章 聚丙二醇改性聚烯烃多孔膜
• 3.1 结果与讨论
• 3.1.1 聚烯烃在溶剂中的溶胀性能
• 3.1.2 聚丙二醇在不同溶剂中的溶解性能
• n=8000）对聚烯烃多孔膜的亲水改性效果'>3.1.3 聚丙二醇（M_n=8000）对聚烯烃多孔膜的亲水改性效果
• 3.1.3.1 聚烯烃改性膜的表面化学组成及形貌分析
• 3.1.3.2 聚烯烃多孔膜结晶形态及结晶度
• 3.1.3.3 表面亲水性和水通量的测定
• 3.1.4 不同分子量的聚丙二醇对聚烯烃多孔膜的改性效果
• 3.1.4.1 聚烯烃改性多孔膜的表面化学分析
• 3.1.4.2 聚烯烃改性多孔膜的亲水性测试
• 3.1.4.3 聚烯烃改性多孔抗污性能的测试
• 3.1.5 不同操作条件对聚烯烃多孔膜改性效果的影响
• 3.1.6 不同清洗方法对改性效果的影响
• 3.2 本章小结
• 第四章 嵌段聚醚改性聚烯烃多孔膜
• 4.1 结果与讨论
• 18EO₅)和PE10100(EO₄PO₅₆EO₄)在不同溶剂中的溶解性能'>4.1.1 O5(C₁₈EO₅)和PE10100(EO₄PO₅₆EO₄)在不同溶剂中的溶解性能
• 4.1.2 聚醚/十八烷基聚氧乙烯醚对聚烯烃多孔膜的亲水改性效果
• 4.1.2.1 聚烯烃改性膜的表面化学组成和表面形貌的表征
• 4.1.2.2 聚烯烃多孔膜的结晶形态及结晶度分析
• 4.1.2.3 聚烯烃改性膜的亲水性和透过性
• 4.1.3 改性剂分子结构对聚烯烃多孔膜改性效果的影响
• 4.1.3.1 聚烯烃改性多孔膜的形态结构表征
• 4.1.3.2 聚烯烃改性多孔膜的表面化学分析
• 4.1.3.3 聚烯烃改性多孔膜的亲水性测试
• 4.1.3.4 聚烯烃改性多孔膜抗污性能的测试
• 4.1.4 不同清洗方法对改性效果的影响
• 4.1.4.1 清洗时间对改性膜表面亲水性的影响
• 4.1.4.2 清洗方法对改性膜表面亲水性的影响
• 4.2 本章小结
• 第五章 主要结论与创新点
• 5.1 全文主要结论
• 5.2 研究特色及主要创新点
• 第六章 参考文献
• 作者简历