基于高临界共溶温度二元混合稀释剂体系的PVDF多孔膜的制备及结构演变规律的

摘要

膜分离技术是一种物理性分离技术，因具有高效无污染的优点广受人们的青睐，在膜分离技术中膜材料的选择具有重要的作用。如聚偏氟乙烯(PVDF)因具有机械性能好、热稳定性高、室温下不受酸腐蚀而成为主要膜材料之一。制备PVDF微孔膜的工艺方法有多种，其中TIPS法制备微孔膜是最容易达到膜结构可控的目的。以往的研究中，微孔膜大多数在TIPS的液-液相分离下制备，但是制膜所需温度高，不易操作。固-液相分离制备的膜结构都是球晶状结构，且往往存在致密皮层和孔径分布宽等缺点。本文利用高临界共溶温度二元混合稀释剂通过TIPS法制备性能优异PVDF微孔膜，对相分离过程中的结晶动力学和热力学进行了讨论，为膜结构的控制提供理论依据。主要的研究内容和结论如下
　　首先研究了采用高临界共溶温度的二元稀释剂作TIPS法制备PVDF微孔膜的混合稀释剂时混合稀释剂的比例、空气间隙、凝固浴温度等因素对膜结构和性能的影响，在固-液相分离体系下从热力学和动力学两方面进行了分析。实验结果表明随着混合稀释剂的分相作用的增强，微孔膜的支撑层球状粒子上出现了孔隙，使膜结构贯通性得到了改善。
　　在此基础上又研究了混合稀释剂中的水溶性稀释剂PC与水的扩散减缓引起的延迟分相对相分离过程的影响。通过扫描电镜分析，微孔膜的皮层结构由致密皮层演变为贯通的网状孔或薄皮层结构。制膜工艺中的芯液对微孔膜的传质传热作用和膜内外皮层降温速率不同导致微孔膜的支撑层结构出现梯度孔现象。实验结果表明制备的中空纤维膜的孔径小、膜结构贯通。微孔膜的碳黑墨水的截留率达99％，牛血清蛋白的截留率为95％。
　　最后本文通过调节萃取操作工艺，采用水萃取-酒精萃取-水萃取的交替萃取方法，减小了中空纤维膜干燥过程中的收缩率，并考察了稀释剂的萃取工艺、拉伸-热定型工艺对微孔膜结构和性能的影响。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 膜技术简介

1．2 膜分离技术的应用

1．3 膜的制备方法

1．4 TIPS法制备微孔膜

1．4．1 TIPS法制膜步骤

1．4．2 TIPS法制膜的影响因素

1．5 课题的提出及研究内容

第二章 PC／DA二元稀释剂对PVDF微孔膜性能和结构的影响

2．1 实验材料及设备

2．2 PVDF平板膜的制备及表征

2．2．1 PVDF平板膜的制备

2．2．2 PVDF平板膜性能表征

2．3 PVDF中空纤维膜的制备及表征

2．3．1 PVDF中空纤维膜的制备

2．3．2 PVDF中空纤维膜性能表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 稀释剂比例对平板膜形貌的影响

2．4．2 稀释剂比例对中空纤维膜形貌的影响

2．4．3 PVDF／PC／DA体系的相图

2．4．4 PVDF／PC／DA体系的成膜机理

2．4．5 PVDF／PC／DA体系中空纤维膜的XRD分析

2．4．6 空气间隙对中空纤维膜形貌的影响

2．4．7 芯液温度对中空纤维膜形貌的影响

2．4．8 PVDF中空纤维膜的分离性能

2．4．9 PVDF／PC／DA体系中空纤维膜的孔隙率

2．4．10 PVDF／PC／DA体系中空纤维膜的亲水性能

2．4．11 PVDF／PC／DA体系中空纤维膜的力学性能

2．5 本章小结

第三章 PC／GA二元稀释剂对PVDF中空纤维膜性能和结构的影响

3．1 实验材料及设备

3．2 PVDF／PC／GA体系中空纤维膜的物料比例

3．3 结果与讨论

3．3．1 稀释剂比例对PVDF(苏威6020)中空纤维膜形貌的影响

3．3．2 PVDF(苏威6020)／PC／GA体系中空纤维膜的相图

3．3．3 PVDF(苏威6020)／PC／GA体系中空纤维膜的XRD分析

3．3．4 空气间隙对PVDF(苏威6020)／PC／GA体系中空纤维膜形貌的影响

3．3．5 稀释剂比例对PVDF(三爱富)中空纤维膜形貌的影响

3．3．6 PVDF(三爱富)／PC／GA体系中空纤维膜的XRD分析

3．3．7 PVDF／PC／GA体系中空纤维膜的孔隙率

3．3．8 PVDF／PC／GA体系中空纤维膜的力学性能

3．3．9 PVDF／PC／GA体系中空纤维膜的亲水性能

3．3．10 PVDF(三爱富)／PC／GA体系中空纤维膜的分离性能

3．4 本章小结

第四章 中空纤维膜的后处理工艺

4．1 后处理工艺步骤

4．2 结果与讨论

4．2．1 萃取步骤对中空纤维膜收缩率的影响

4．2．2 酒精萃取时间对中空纤维膜膜收缩率的影响

4．2．3 PVDF中空纤维膜经甘油水溶液热定型后的力学性能

4．2．4 拉伸-热定型对PVDF中空纤维膜结构的影响

4．2．5 PVDF中空纤维膜经拉伸-热定型后的力学性能

4．2．6 不同分子质量的PVDF中空纤维膜经拉伸-热定型后的力学性能

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢