气相法制备功能性高分子镀层及其在分离膜中的应用

摘要

分离膜作为膜材料的一个重要分支在日常生活和工业生产中体现了重要的价值。高分子分离膜因其简单的制备方法、低能耗处理过程、高效的分离效率受到广大研究者们的关注。本文主要研究了以引发式化学气相沉积的方法制备多功能性的高分子薄膜及其在分离膜中的应用。探索了不同组分的薄膜材料对膜基结合力、薄膜稳定性、表面功能性的影响。制备了亲水性的表面以及对其应用展开了研究。具体内如下： 1．气相法成功制备出官能团异氰酸酯基（-NCO）化学计量可控的聚甲基丙烯酸异氰基乙酯（PIEM）。并以PIEM为底部粘结剂和交联剂，PIEM中含有非常活泼的官能团-NCO能够通过界面化学反应提高薄膜与基底间的结合力，以IEM与甲基丙烯酸2-羟基乙酯（HEMA）以一定的比例共聚作为中间稳定的交联层，再在表面上接枝很薄的一层(聚甲基丙烯酸2-羟基乙酯(PHEMA)，使其能够更大化其亲水性。并对羊毛、PVDF膜表面进行改性能够实现薄膜超稳定性和超亲水/水下超疏油性质，并探索了改性后羊毛、PVDF膜的油水分离性能。改性后的羊毛能够成功地分离不同的油水混合物并且分离效率都在99.99%以上且通量高达46000Lm-2h-1，且重复分离100次之后分离效率依然能够保持在99.99%以上。改性后的羊毛在水洗涤100个周期之后仍然能保持99.99%以上的分离效率，通过砂纸表面摩擦150个周期后，分离效率依然达到99.98%。改性过后的PVDF膜能够成功分离甲苯水乳化液，且分离效率达到99.6%，在无外界加压的条件下水通量到达2700Lm-2h-1。重复30个周期之后分离效率和通量并未减小很大。 2，以商业的微孔PVDF膜为基底材料，以丙烯酸乙二醇酯（EGDA）为交联剂，乙烯基吡络烷酮（VP）为亲水性功能剂，设计为底部为PEGDA的均聚物，中间层为一定交联度的聚乙烯基吡络烷酮-丙烯酸乙二醇酯的共聚物P(EGDA-co-VP),表面接枝很薄的一层聚乙烯基吡络烷酮(PVP)。通过亲水性镀层修饰过后的PVDF表面静态接触角为0°，且对4种不同的油（菜油、甲苯、正己烷、柴油）都实现了水下超疏油，水下油接触角都在155°以上。该膜能够高效地分离4种油的水包油乳化液，在压力为0.1Mpa的作用下，分离甲苯水（体积比1:50）乳化液水通量达2780Lm-2h-1,分离效率高达99.8%。在重复分离20次之后，简单清洗过后依然能够保持较高的通量。分别在pH=0和pH=14的水中浸泡2h、煮沸2h、超声2h后依然能够保持99%的甲苯水乳化液分离效率，且通量依然保持在2500Lm-2h-1以上。同时改性后的PVDF膜具有很好的抗生物吸附性能。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 膜分离技术概述

1.1.1膜分离技术的应用

1.1.2 分离膜材料的分类

1.2 油水分离技术概述

1.2.1 油水混合物的特点

1.2.2传统油水分离方法

1.2.2具有特殊浸润性膜分离方法

1.3 固体表面浸润性简介

1.3.1 接触角，滚动角，水下油接触角介绍

1.3.2 Wenzel模型和Cassie-Baxter模型

1.4 新型油水分离材料

1.4.1超疏水超亲油的表面

1.4.2超亲水/水下超疏油的表面

1.5 iCVD法制备高分子膜在分离膜中的应用

1.5.1 iCVD沉积机理

1.5.2 iCVD法制备薄膜在分离膜上的应用概述

1.6 本课题的选题意义和主要研究内容

1.6.1本课题选题意义

1.6.1本课题主要研究内容

2气相法制备超耐久性亲水性水下超疏油镀层及其油水分离应用

2.1 引言

2.3 实验部分

2.3.1 实验材料和仪器

2.3.1 薄膜结构设计

2.3.2 基底表面预处理

2.3.3 iCVD气相法薄膜制备过程

2.3.4 材料分析和测试方法接触角测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 薄膜成分与结构分析

2.4.2 异氰酸酯基反应性分析与-OH的反应性

2.4.3 织物表面浸润性和水下疏油性分析

2.4.4 改性后织物油水分离测试

2.4.5 薄膜与基底结合力分析

2.4.6 材料耐久性测试

2.4.7 薄膜化学稳定性

2.4.8 PVDF膜亲水化改性

2.4.9 改性后PVDF膜油水乳化液分离测试

2.4.10 改性后PVDF膜耐久性测试

2.5 本章小结

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.2 薄膜结构设计

3.2.3 iCVD沉积条件

3.2.4 材料表征测试接触角测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 薄膜组分与表面成分分析

3.3.2 薄膜接触角与 PVDF改性后接触角与水下疏油性

3.3.3 改性后PVDF膜油水分离性能

3.3.4 改性后PVDF膜 SEM及薄膜均匀性分析

3.3.5 改性后PVDF膜耐久性测试

3.3.6 改性后 PVDF膜抗生物污染性能研究

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

研究生期间发表的学术论文

致谢