聚偏氟乙烯与纳米二氧化钛复合超滤膜的研制

论文摘要

膜工艺是21世纪饮用水处理的优先发展技术之一,超滤膜技术与常规水处理工艺结合使用,可以有效地去除水体中的污染物。我国超滤膜的品种和质量与国际水准相比有一定的差距,而且由于成本问题还未能在水厂推广使用。因此,对超滤膜的研究有着重大的理论和实用价值。超滤膜的优先研究方向是提高膜的抗污染性能和降低成本。聚偏氟乙烯（PVDF）虽然价格昂贵,但热稳定性和化学稳定性很好。纳米材料被公认为重点发展的新型材料之一。本课题选择PVDF和纳米TiO2作为超滤膜材料,以期研制出抗污染性能较好的水处理用超滤膜。探讨了铸膜液组成及制备条件对膜性能和结构的影响,并采用现代仪器分析手段对膜的表面、截面和内部结构进行了研究和分析。PVDF超滤膜的固相含量以14%18%为宜。在前人研究的基础上,着重研究了铸膜液中无机添加剂LiCl的浓度（w（LiCl））较低时对PVDF膜性能和结构的影响。在实验条件下,w（PVDF）为16%,w（LiCl）为0.05%时,所得PVDF膜最薄,有最低的水通量（F）和水通量衰减系数（m）,以及最高的对牛血清白蛋白（BSA）的截留率（R）。w（LiCl）小于0.05%时, F和m随着w（LiCl）的增加而减小,R则增加。w（LiCl）大于0.05%时,F和m则随着w（LiCl）的增加而增加,R则有所降低。PAN超滤膜有同样的现象,在实验条件下,w（PAN）为18%,w（LiCl）为1%时,所得PAN膜最薄,F值和m值最低,R值最大。有机添加剂聚乙二醇（PEG）起致孔作用。然而,当w（PEG）为6%时,所得PVDF膜的水通量仅比无添加剂的PVDF膜的水通量增加20%左右。PEG和LiCl的协同作用优于它们单独使用的效果,但是膜的表面粗糙度增加。PVDF–TiO2复合超滤膜表面比PVDF超滤膜表面更致密。在无机和有机添加剂的协同作用下,复合超滤膜的内部结构和传质性能都有所改善。虽然PVDF–TiO2复合超滤膜的水通量没有明显增加,但截留率得到提高,即膜的抗污染能力增强。仪器分析表明,TiO2包埋在PVDF膜中,强化了PVDF分子的结晶,小粒径的纳米TiO2粒子对PVDF膜性能和结构的改善更显著。缺点是,TiO2纳米粒子在铸膜液中易发生团聚和沉积。首次从胶体的角度分析了铸膜液中各组成在高分子成膜过程中的作用机理。根据DLVO理论,铸膜液中低浓度的LiCl压缩高分子的溶剂化层,减小

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 膜分离技术
• 1.1.2 膜材料的要求
• 1.1.3 膜材料的分类
• 1.1.4 分离膜的制备
• 1.2 水处理超滤膜材料的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 水处理膜技术
• 1.2.2 超滤膜
• 1.2.3 常用超滤膜材料
• 1.3 纳米技术的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 纳米材料
• 1.3.2 纳米复合材料
• 2 复合材料'>1.3.3 PVDF–TiO₂复合材料
• 1.4 课题研究目的及意义
• 1.5 课题来源及研究内容
• 第2章 超滤膜性能和结构的分析方法
• 2.1 实验仪器和试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 膜制备
• 2.3 膜性能测试
• 2.3.1 膜的水通量
• 2.3.2 膜的截留率
• 2.3.3 膜的水通量衰减系数
• 2.3.4 膜表面的亲水性能
• 2.4 膜结构测试
• 2.4.1 膜表面
• 2.4.2 膜内部
• 2.5 膜应用
• 254'>2.5.1 UV₂₅₄
• 2.5.2 浊度
• 第3章 聚偏氟乙烯超滤膜的研制
• 3.1 固相含量对膜性能的影响
• 3.2 溶剂对膜性能的影响
• 3.3 添加剂对膜性能的影响
• 3.3.1 PEG 的影响
• 3.3.2 无机盐的影响
• 3.3.3 PEG 与LiCl 的协同作用
• 3.4 膜表面球粒形成的机理
• 3.5 应用
• 3.6 本章小结
• 第4 章聚偏氟乙烯与纳米二氧化钛复合膜的研制
• 2 含量对膜性能的影响'>4.1 纳米TiO₂含量对膜性能的影响
• 4.1.1 DMF 作溶剂
• 4.1.2 NMP 作溶剂
• 4.2 添加剂对膜性能的影响
• 2 的综合影响'>4.2.1 无机盐和TiO₂的综合影响
• 2 的协同作用'>4.2.2 PEG 和LiCl 与TiO₂的协同作用
• 2 的协同作用'>4.2.3 PEG 和KCl 与TiO₂的协同作用
• 4.3 添加剂对膜表面的影响
• 2 粒子的影响'>4.3.1 纳米TiO₂粒子的影响
• 4.3.2 无机盐的影响
• 2 粒子粒径的影响'>4.3.3 纳米TiO₂粒子粒径的影响
• 4.4 膜截面测试
• 4.4.1 SEM
• 4.4.2 TEM
• 4.5 XRD
• 4.6 本章小结
• 第5 章铸膜液组成对成膜过程的影响
• 5.1 高分子溶液与铸膜液
• 5.1.1 高分子尺寸
• 5.1.2 高分子链的缠结
• 5.1.3 高分子的聚结稳定性
• 5.1.4 DLVO 理论
• 5.1.5 铸膜液中高分子的聚结稳定性
• 5.2 铸膜液组成的作用机理
• 5.2.1 高分子和溶剂
• 5.2.2 LiCl
• 5.2.3 PEG
• 5.2.4 PEG 与LiCl 的协同作用
• 2'>5.2.5 TiO₂
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历