聚偏氟乙烯接枝共聚物纤维膜的制备及油水分离研究

摘要

膜分离技术因分离精度高、绿色环保无污染、占地面积小等优点被越来越多地应用在含油废水处理中。然而，现有的高分子膜材料具有通量低、低抗污染和机械性能差等缺点，不能满足实际含油水废水处理的需求。选用和开发高通量、抗污染和机械性能良好的分离膜具有非常重要的意义。聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的耐腐蚀性、耐热、耐溶剂溶胀以及良好的机械性能等优点，因此在气体分离、膜蒸馏、全蒸发、电化学和生物医用材料等方面得到了广泛的应用和研究。此外，静电纺纳米纤维膜具有可调润湿性、高比表面积、高孔隙率等优点，使其在环境应用方面具有极佳的潜在价值，尤其在油水分离方面意义重大。因此，本文选用PVDF为原料进行亲水改性，然后通过静电纺丝以得到通量大、抗污染、有良好机械性能的油水分离膜。
　　本文以PVDF和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)为原料，利用C-F基团直接引发的原子转移自由基聚合（ATRP）反应将PEGMA接枝在PVDF上，制备PVDF-g-PEGMA接枝聚合物;然后利用静电纺丝技术制备PVDF-g-PEGMA纤维膜;最后通过热处理工艺使改性纤维膜亲水链段在膜表面富集改善膜的亲水性能，从而制备出具有超亲水和油水分离性能的静电纺纤维膜(PVDF-g-PEGMA-w)。本文用核磁、红外和TG对聚合物进行表征，用X-射线光电子能谱(XPS)分析原膜和改性膜的表面化学组成，用场发射扫描电镜(FESEM)观察膜表面形貌的变化，用万能拉伸机测试膜的拉伸性能，用正十二烷作为油相测试膜的爆破压力以评价膜的机械性能。用“错流过滤”的方法评价改性膜的抗污染性能及油水分离能力，并考察了“死端过滤”对分散油及乳化油的分离能力。
　　结果表明:通过ATRP反应成功合成PVDF-g-PEGMA接枝共聚物，利用静电纺丝和热处理技术制备出超亲水的PVDF-g-PEGMA-w纤维改性膜，水接触角在1s内变为0°;改性纤维膜的拉伸强度可以达到2.7Mpa，爆破压力为3.01kPa。经过3次循环污染之后，改性膜的通量回复率仍然保持在91％以上，表现出良好的抗污染能力。在“死端”装置中，仅仅依靠重力，分散油的通量可以就达到11630Lm-2h-1，表现出高通量的优点。在乳化油的“错流和死端”分离测试中，改性膜的对乳化油的截留可以达到99％以上。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 聚合物分离膜材料

1．1．1 聚合物膜材料的发展

1．1．2 膜材料应用面临的问题

1．2 含油废水处理

1．2．1 含油废水的产生及危害

1．2．2 含油废水处理技术

1．3 膜分离技术在含油废水中的应用及研究进展

1．3．1 膜分离技术在含油废水处理中的应用

1．3．2 油水分离膜研究进展

1．4 PVDF分离膜亲水改性研究现状

1．4．1 PVDF膜的浸润／涂覆改性

1．4．2 PVDF膜表面改性

1．4．3 PVDF膜材料改性

1．5 静电纺丝

1．5．1 静电纺丝法简述

1．5．2 静电纺丝参数的影响

1．5．3 静电纺丝在油水分离中的应用及研究现状

1．6 课题提出及拟解决的问题

1．6．1 课题立题基础

1．6．2 课题研究内容

第二章 ATRP合成PVDF-g-PEGMA接枝共聚物及其表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．4 PVDF-g-PEGMA聚合物接枝率

2．2．5 核磁

2．2．6 ATR-FTIR

2．2．7 热重分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 反应体系

2．3．2 核磁

2．3．3 红外

2．3．4 热重

2．4 本章小结

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．2 PVDF-g-PEGMA亲水膜的热处理

3．2．3 XPS

3．2．4 SEM

3．2．5 WCA

3．2．6 拉伸性能

3．2．7 爆破压力

3．2．8 油水分离测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 XPS

3．3．2 SEM

3．3．3 WCA

3．3．4 机械性能

3．3．4 膜的抗污染性能

3．3．5 油水分离性能

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及承担完成科研情况

致谢