臭氧处理改性制备亲水性聚偏氟乙烯膜（PVDF）的研究

论文摘要

聚偏氟乙烯（PVDF）有价格低廉、化学和热稳定性好、机械强度高等优点,但PVDF分子链上氟原子对称分布导致了材料表面的表面能低、疏水性强,在含油废水分离过程中污染严重,从而制约了PVDF分离膜的应用,因此需要对膜材料进行亲水化改性处理。本论文利用臭氧的强氧化性,对溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯（PVDF）进行处理,分子链中引入活性过氧基团,然后通过热引发接枝聚合亲水性单体-丙烯酸（AAc）,通过非溶剂致相分离法（Non-solvent induced phase inversion）制备具备亲水特性的PVDF分离膜。通过红外光谱、和接触角测试对接枝改性后的聚偏氟乙烯的结构和性能进行了表征。通过红外光谱检测,在1709cm-1波数处出现了AAc中-C=O-的特征吸收峰,证明成功将聚丙烯酸链段引入PVDF中。接枝后的PVDF膜接触角降低、纯水通量增大,表现出了很好的亲水性；同时研究了接枝条件对改性PVDF膜亲水性的影响,随接枝单体浓度增加其亲水性增大；改性前后的聚偏氟乙烯膜的表面形貌通过电子扫描显微镜（SEM）分析表明,在相同成膜条件下改性后分离膜表面形貌发生很大变化,改性后制备的分离膜膜孔径增加,分离膜与中空纤维表面的孔径大小与分布密度,与臭氧处理时间和丙烯酸投入量有关。水通量测试进一步表明,接枝改性可以明显改善PVDF分离膜的亲水性能。其次使用干湿法纺丝制备中空纤维。主要研究臭氧处理时间对中空纤维亲水性的影响。结果表明,相对纯PVDF中空纤维,改性后的中空纤维具有特殊的形貌机构,较低的水接触角和较高的纯水通量。综合实验结果,确定了最佳臭氧处理时间为30min,可以获得亲水性较好的PVDF-g-PAAc中空纤维,其内侧表面接触角为48°,纯水通量为93.02L·m-2·h-1。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 膜分离技术简介
• 1.2 聚偏氟乙烯
• 1.3 聚偏氟乙烯的物理改性处理方法
• 1.3.1 等离子体处理
• 1.3.2 共混改性
• 1.3.3 复合改性
• 1.3.4 荷电处理
• 1.4 聚偏氟乙烯的化学改性处理方法
• 1.4.1 化学试剂法
• 1.4.2 等离子体接枝改性
• 1.4.3 光引发接枝改性
• 1.4.4 高能辐射源改性
• 1.4.5 臭氧活化接枝改性
• 1.5 聚偏氟乙烯的制备方法
• 1.5.1 非溶剂致相分离法
• 1.5.2 热致相分离法
• 1.5.3 熔融拉伸法
• 1.6 PVDF的成膜机理
• 1.7 中空纤维性能的影响因素
• 1.8 本课题的研究意义、内容及创新点
• 第二章 聚偏氟乙烯的亲水性改善及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 聚偏氟乙烯的臭氧活化
• 2.1.4 接枝改性聚偏氟乙烯
• 2.1.5 分离膜的制备
• 2.1.6 活性过氧基团测定
• 2.1.7 改性聚偏氟乙烯分离膜的表征
• 2.1.7.1 红外光谱分析
• 2.1.7.2 电子扫描电镜分析（SEM）
• 2.1.7.3 热重分析（TGA）
• 2.1.7.4 纯水通量测试
• 2.1.7.5 接触角测试
• 2.1.7.6 力学性能测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 反应原理
• 2.2.2 臭氧处理时间对聚偏氟乙烯的影响
• 2.2.3 接枝聚合物PVDF-g-AAc的红外光谱表征
• 2.2.4 改性聚合物PVDF-g-PAAc的热稳定性
• 2.2.5 改性PVDF分离膜的表面形貌
• 2.2.6 PVDF-g-PAAc分离膜的亲水性能表征
• 2.2.7 改性PVDF-g-PAAc的力学性能
• 2.3 本章小结
• 第三章 改性聚偏氟乙烯制备中空纤维及表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 改性聚偏氟乙烯中空纤维制备
• 3.1.4 活性过氧基团测定
• 3.1.5 改性聚偏氟乙烯中空纤维的表征
• 3.1.5.1 红外光谱分析
• 3.1.5.2 电子扫描电镜分析（SEM）
• 3.1.5.3 纯水通量测试
• 3.1.5.4 接触角测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 臭氧处理时间对聚偏氟乙烯的影响
• 3.2.2 接枝聚合物PVDF-g-AAc的红外光谱表征
• 3.2.3 纺制中空纤维铸膜液浓度的选择
• 3.2.4 改性PVDF中空纤维的表面形貌
• 3.2.5 中空纤维膜的亲水性表征
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书