聚全氟乙丙烯中空纤维膜结构调控及其性能研究

摘要

随着膜分离技术应用领域越来越广泛，对高性能膜材料的需求也越来越高。特别是在氯碱工业、造纸废水、高温料液处理及化工制药等处理领域，现有大部分有机膜材料均存在耐受性差的弊端，在一定程度上限制了膜分离技术的进一步发展。因此，选择适宜的成膜聚合物用于制备耐强酸碱、耐高温及耐有机溶剂等苛刻条件的新型高性能高分子分离膜已成为膜科学领域研究的热点。本课题以具有优良耐腐蚀、耐高低温及耐有机溶剂性的全氟聚合物—聚全氟乙丙烯(Poly(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene)，FEP)为成膜聚合物，分别制备了FEP中空纤维膜及FEP/PPy中空纤维复合膜，分析讨论了其结构与性能，并进一步探究了其经长时间强酸、强碱溶液处理后的耐受性变化及作用机理。
　　以FEP为成膜聚合物，复合粉为致孔剂，邻苯二甲酸二辛脂(Dioctyl phthalate，DOP)为稀释剂，采用熔融纺丝-拉伸法制得FEP中空纤维膜。研究表明:FEP中空纤维膜表面为富含拉伸孔、界面孔及溶出孔的多重微孔结构，横截面呈均匀海绵状孔结构。纯水通量较高，初始通量可达4000L·m2·h-1。对比经25wt％的硫酸溶液及25wt％的氢氧化钠溶液分别处理60天前后，膜形貌、结构及力学性能无明显变化，断裂强度仍可保持在4～5MPa。平均孔径略有增大，孔径分布变窄，仍表现出良好的稳定性。
　　以制得的FEP中空纤维膜为基膜，以三氯化铁(FeCl3)为催化剂，通过化学气相沉积法(CVD)在FEP中空纤维基膜表面构筑聚吡咯(PPy)功能层，制得表面形貌较为平整的FEP/PPy中空纤维复合膜，研究了不同化学气相沉积时间下复合膜结构与性能。研究表明:随沉积时间的增加，复合膜孔径逐渐减小，孔径分布变窄，进而导致纯水通量降低，碳素墨水截留率升高，静态水接触角减小，亲水性提高。结合扫描电子显微镜照片及红外光谱官能团分析等发现沉积时间为30min的样品膜经30wt％的硫酸溶液及30wt％的氢氧化钠水溶液处理60天后，复合膜表现出优良的耐酸性能。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 膜与膜分离

1．3 膜材料及分类

1．4 膜形式

1．5 分离膜制备方法

1．5．1 烧结法

1．5．2 径迹刻蚀法

1．5．3 相转化法

1．5．4 熔融纺丝-拉伸法

1．6 全氟聚合物

1．6．1 聚四氟乙烯

1．6．2 聚全氟乙丙烯

1．7 表面改性方法

1．7．1 表面化学改性

1．7．2 表面物理改性

1．8 聚吡咯及其制备方法

1．9 课题意义及研究内容

1．9．1 课题意义

1．9．2 研究内容

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料及化学试剂

2．1．2 实验仪器及设备

2．1．3 样品制备

2．1．4 样品性能评价

2．2 结果与讨论

2．2．1 膜形貌

2．2．2 电子能谱分析

2．2．3 孔径及其分布

2．2．4 傅里叶变换红外光谱

2．2．5 水接触角

2．2．6 纯水通量

2．2．7 碳素墨水截留率

2．2．8 热分析

2．2．9 动态热机械分析

2．2．10 X射线衍射

2．2．11 力学性能

2．2．12 有机溶剂体系分离性能

2．3 本章小结

第三章 FEP／PPy中空纤维复合膜研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料及化学试剂

3．1．2 实验仪器及设备

3．1．3 样品制备

3．1．4 样品性能评价

3．2 结果与讨论

3．2．1 膜形貌

3．2．2 孔径及其分布

3．2．3 傅里叶变换红外光谱

3．2．4 水接触角

3．2．5 渗透性能

3．2．6 热重分析

3．2．7 耐强酸、强碱性

3．3 本章小结

第四章 全文结论

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢