GO-PEG共混改性PVDF超滤膜制备及抗污染性能研究

摘要

PVDF因其优异的化学稳定性、耐热性及其良好的成膜性能而被广泛的应用于超滤膜的制备。然而由于其强疏水性，使其在使用过程中极易发生膜污染从而造成通量的衰减。
　　本文通过化学方法将亲水性无机纳米碳材料氧化石墨烯(GO)和亲水改性剂聚乙二醇(PEG)通过接枝制备了GO-PEG复合材料(f-GO)，并将其作为添加剂共混于PVDF铸膜液中，利用浸没沉淀法制备出拥有较强抗污染性能的PVDF复合超滤膜。
　　本研究利用FTIR、静态接触角、SEM、AFM测试，考察了GO-PEG对PVDF膜的表面化学组成、亲水性、孔道结构及表面形貌的影响。结果表明，随着GO和f-GO的添加量从0wt％增大到1.0wt％时，PVDF膜表面的亲水性得到了增强，并且添加f-GO的PVDF膜表现了更佳的亲水性，膜表面接触角从基膜的72°降低到59°。另外，添加f-GO，PVDF膜的孔道结构也发生了不同于基膜和GO复合膜的变化，孔径增大，表面孔隙率明显增加。膜表面粗糙度也较基膜有所降低，基膜的Sa为118nm，f-GO复合膜的粗糙度最低达到了71.1nm。当f-GO添加量从0wt％增加到0.5wt％时，PVDF膜的纯水通量表现出了先增大后减小的趋势，当添加量为0.5wt％时，膜纯水通量达到最大，为93L·m-2·h-1，增加了100％。复合膜的BSA截留率并没有太大变化，都可达到95％以上。
　　当f-GO的添加量从0wt％增加到1.0wt％时，PVDF膜的抗污染性能也受到了不同的影响。对于BSA、HA等有机污染，f-GO复合膜膜总阻力和不可逆阻力均要低于PVDF基膜和GO复合膜。当添加量为0.5wt％时，膜阻力达到最低。对于BSA、HA污染，不可逆阻力相比于基膜降低了83.7％、84.4％。膜污染后，经过简单的表面清洗，f-GO复合膜仍然可以获得很高的通量恢复率(FRR)。当添加量为0.5wt％时，拥有最高的FRR，BSA污染的FRR为78％，HA污染的FRR为74％，而PVDF基膜却只有50％和47％的FRR。通过复合膜多周期运行，膜通量随着时间的变化结果显示，f-GO复合膜经过三个周期的运行后，无论是BSA通量，还是纯水通量，复合膜仍然保持着很高的渗透性，并且逐渐的膜通量达到稳定，不再衰减，而PVDF基膜的通量衰减严重。
　　以铜绿假单胞菌为目标菌种，研究膜的抑菌性和抗生物污染性能。在复合膜抑菌性方面的研究发现，f-GO和GO复合膜的抑菌性均要好于PVDF基膜，但是f-GO和GO复合膜在抑菌性方面并没有表现出太大的差异。相比于PVDF基膜，当添加量为0.5wt％时，f-GO复合膜的不可逆阻力降低了87％。并且经菌液污染后，膜表面经过相同的去离子水清洗，f-GO复合膜的通量恢复率即可达到80％，而基膜通量恢复率只有60％。综合以上结果说明，添加f-GO复合材料后，PVDF膜的亲水性和抗有机污染性能得到明显的强化。而尽管f-GO复合膜抑菌性能并没有表现出比GO复合膜更好的效果，但是f-GO复合膜的抗生物污染性能得到了有效的增强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 超滤膜及超滤膜分离技术概述

1．1．1 超滤膜的发展

1．1．2 超滤膜分离过程机理

1．1．3 超滤膜材料及制备方法

1．2 PVDF超滤膜污染概述

1．2．1 PVDF超滤膜污染的分类

1．2．2 PVDF超滤膜污染的影响因素

1．2．3 膜污染研究现状

1．3 PVDF超滤膜抗污染改性研究

1．3．1 PVDF超滤膜抗污染改性常用技术及其优缺点

1．3．2 常用改性剂

1．4 GO及其复合材料亲水改性PVDF超滤膜研究进展

1．4．1 GO及其复合材料对PVDF超滤膜的影响

1．5 本研究选题背景及其目的

1．6 本课题研究内容和技术路线图

第二章 实验材料及方法

2．1 实验试剂及仪器

2．2 复合材料及复合膜的制备方法

2．2．1 GO-PEG复合材料的制备方法

2．2．2 PVDF／GO-PEG复合膜的制备方法

2．3 细菌的选择及培养方法

2．4 复合膜抑菌性实验

2．5 膜过滤实验

2．5．1 膜过滤实验装置

2．5．2 膜渗透性能表征方法

2．5．3 膜抗污染性能表征方法

2．6 膜性能分析表征

2．6．1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表征

2．6．2 X射线光电子能谱(XPS)分析表征

2．6．3 热重(TG)分析表征

2．6．4 静态接触角(CA)分析表征

2．6．5 扫描电子显微镜(SEM)分析表征

2．6．6 原子力显微镜(AFM)分析表征

2．6．7 激光共聚焦显微镜(CLSM)分析表征

第三章 GO-PEG共混改性PVDF膜性能研究

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 GO-PEG化学组分、热稳定性表征

3．2．2 复合膜表征

3．3 本章小结

第四章 GO-PEG改性PVDF膜抗污染性能研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 复合膜抗有机污染性能研究

4．2．2 改性膜抗生物污染性能研究

4．3 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

发表论文和参加项目情况

致谢