聚偏氟乙烯/二氧化钛原位杂化超滤膜的制备及效能研究

摘要

目前，水资源短缺、水污染严重正成为全球性的环境问题，在这种严峻的形势下，膜分离技术由于其能耗低、分离效果好等优点逐渐受到人们关注，已成为21世纪新型的水处理技术之一。然而在膜运用过程中产生的膜污染却成为膜技术普及应用的制约因素。膜材料聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的热稳定性、化学稳定性、机械性能和耐辐射性等，因而受到越来越广泛的关注。但由于PVDF的表面能低，制得的膜亲水性差，在水处理过程中容易被原水中一些憎水性有机物所污染。本文针对 PVDF超滤膜的膜污染问题，对其进行纳米共混改性，以提高其亲水性。
　　本文以PVDF为膜材料，氮甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂，聚乙烯吡络烷酮（PVP）为致孔剂，用浸没沉淀相转化的方式制备PVDF超滤膜（记作PVDF-0纯膜）。本研究采用两种方式向PVDF膜中引入纳米TiO2，一种是直接在铸膜液中添加商品化的纳米TiO2，用浸没沉淀相转化法制备成膜（记作PVDF-TiO2复合膜）；另一种是在铸膜液中添加钛酸正丁酯（TBT），使其在相转化过程中在膜上原位生成纳米TiO2（记作 PVDF-TBT复合膜）。利用各种评价方法，如超滤实验、接触角测试、孔隙率测试、场发射扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）、热重（TGA）等，对两种改性复合膜的抗压密性能、透水性能、分离性能、抗污染性能和热稳定性等进行对比分析，并且研究纳米TiO2的添加方式和添加量在成膜过程中对膜结构的影响。
　　通过超滤实验发现，相对于纯膜 PVDF-0和PVDF-TiO2复合膜，PVDF-TBT复合膜的渗透性能得到了大幅度提高的同时，还能保持较好的截留性能，其抗污染能力也得到了一定程度的提高；通过SEM和AFM对复合膜进行表面、断面以及内部孔隙结构的分析，发现 PVDF-TBT拥有更加发达的孔隙结构和更加平滑的膜表面，从而提高了复合膜的纯水通量和抗污染能力；利用TGA对复合膜的热稳定性进行分析，发现两种方式添加的纳米 TiO2都会提高复合膜的热稳定性；通过XRD和FTIR的分析，可知原位合成方式添加的纳米TiO2能够诱导PVDF-β晶型的产生。
　　最后本文考查了改性复合膜对松花江实际水体的处理效果，结果表明PVDF-TBT复合膜对水中的Al、Fe和Mn具有很好的去除效果，对浊度的去除率可达到80％，但对水中TOC的去除效果较差；PVDF-TBT复合膜对实际水体的渗透通量大于纯膜PVDF-0和PVDF-TiO2复合膜，说明采用原位合成纳米TiO2方式制备的改性复合膜的水处理性能得到了显著提升。

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第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2聚偏氟乙烯超滤膜

1.3纳米二氧化钛颗粒改性PVDF膜研究进展

1.4原位生成二氧化钛改性PVDF膜研究进展

1.5 课题研究目的及意义

1.6本文主要研究内容

第2章实验材料与方法

2.1实验试剂及仪器

2.2超滤膜制备方法

2.3超滤膜评价方法

2.4超滤膜表征方法

第3章聚偏氟乙烯/二氧化钛原位杂化超滤膜水通量与截留率补偿关系

3.1引言

3.2 PVDF-TiO2复合膜的透水、分离性能分析

3.3 PVDF-TBT复合膜的透水、分离性能分析

3.4 PVDF-TBT与PVDF-TiO2复合膜的透水、分离性能对比分析

3.5本章小结

第4章聚偏氟乙烯/二氧化钛原位杂化超滤膜BSA动态污染性能分析

4.1 引言

4.2 PVDF-TiO2复合膜的抗污染性能分析

4.3 PVDF-TBT复合膜的抗污染性能分析

4.4 PVDF-TBT与PVDF-TiO2复合膜的抗污染性能对比分析

4.5本章小结

第5章聚偏氟乙烯/二氧化钛原位杂化超滤膜实际水体处理效能分析

5.1引言

5.2 实际水体成分分析

5.3 复合膜的实际水体处理效果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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