ZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能

摘要

针对传统聚合物膜抗污染性差的问题,本文从杂化膜结构设计出发,提出将ZrO2纳米粒子的原位制备和聚偏氟乙烯(PVDF)相转化成膜过程有机结合的制膜新方法.该方法将阴离子交换树脂引入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,以氧氯化锆为原料,利用阴离子交换树脂提供的-OH与无机盐的阴离子进行交换,得到ZrO2纳米粒子均匀分散的N,N-二甲基甲酰胺溶胶体系.随后将PVDF聚合物溶解到所得的N,N-二甲基甲酰胺溶胶体系中,获得均一、透明的铸膜液.利用×射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对杂化膜中锆的存在状态和分散性能进行了表征.结果表明,ZrO2纳米粒子均匀分散在PVDF基体中,并且形成的纳米粒子的粒径约为10-20 nm.通过粘度、分相速度和膜形态的测定,研究了成膜机理.结果表明,ZrO2纳米粒子的引入加速了铸膜液成膜过程的分相速度.杂化膜的亲水性能通过接触角测定仪进行了评价.并选择以牛血清蛋白为代表模拟污染物,考察了杂化超滤膜的抗污染性能.结果表明,原位形成的ZrO2纳米粒子显著提高了膜的亲水性,减少了膜对蛋白质的吸附.这种将ZrO2纳米粒子的原位制备和PVDF相转化成膜过程有机结合的制膜新方法在有机-无机杂化膜的制备领域具有显著意义.