PVDF阳离子交换膜制备进展研究

总结介绍了目前国内外以聚偏氟乙烯(PVDF)材料制备阳离子交换膜的研究动态和最新进展,PVDF阳离子交换膜制备的主要方法为接枝法和共混法,接枝法是在PVDF表面生成自由基增长点,共混制膜法是将PVDF与其它无机纳米颗粒或聚合物共混制得离子交换膜.具体介绍了这两种方法的原理和制备实例.多项研究表明对PVDF材料进行等离子体照射、化学处理、臭氧活化接枝以及与无机纳米颗粒、其它聚合物共混处理等方法可制得性能优异的阳离子交换膜,应用前景广阔.     

pH值对有机物(BSA)膜污染的影响

选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.     

两性离子在聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面接枝改性的研究

为增强膜的亲水性,提高抗污染能力,采用原子转移自由基反应(ATRP),将甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面;再以硝酸铈铵(CAN)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,通过自由基聚合反应将两性离子单体3-(甲基丙烯酰胺基)丙基-二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵内盐(MPDSAH)成功接枝到膜表面.采用全反射红外光谱仪(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)以及接触角测定仪分析了改性前后膜表面性质及结构形态变化.随接枝时间的增加,接枝密度(GD)逐渐升高,膜孔径变小,孔隙率降低,但同时膜表面亲水性明显增强.通过牛血清蛋白(BSA)吸附及过滤实验,检验PVDF膜改性前后的抗污染性能.随着GD的增加,在高浓度BSA溶液中膜表面吸附量明显减少.当GD为288.340μg·cm-2时,膜表面接触角(CA)降低最多,由原膜的77.2°降至41.7°,且在5 s内降为0,通量恢复率高达94.961%.因此,最佳接枝时间为2 h,此时接枝密度288.340μg·cm-2则是最佳接枝密度.     

单轴拉伸下PVDF/POSS纳米复合材料的损伤模拟

目的研究PVDF及其氟化POSS纳米复合材料在单轴拉伸载荷下的损伤行为。方法首先依据实验结果和细观力学均匀化方法,建立纯PVDF和三种不同POSS含量PVDF/POSS纳米复合材料的颗粒掺杂有限元模型,并通过在实体单元之间嵌入可破坏的内聚力单元来模拟损伤。结果模拟得到的应力-应变关系与实验结果相吻合,证明了模拟结果的可靠性。损伤破坏的初始时间表明在破坏的初期阶段,POSS对于损伤有抑制作用,并且其效果随着POSS含量的增加而增强。损伤速度和最终的损伤面积和则表明质量分数在5%以下的POSS掺杂对于PVDF的损伤有抑制作用,并且随着POSS质量分数的增加其效果不断增强。当质量分数达到8%时,POSS的掺杂反而加速了PVDF的损伤。结论 POSS掺杂影响PVDF的损伤破坏,掺杂量对PVDF损伤破坏有抑制/促进作用,这一结果有助于理解实验所得到的力学参数的变化规律。     

聚丙烯酸-聚偏氟乙烯共混膜对Cu^2＋吸附特性的研究

应用热诱导聚合和相转移技术,制备了具有离子交换性能的聚丙烯酸-聚偏氟乙烯（PAA—PVDF）共混膜,采用XPS和SEM表征了PAA—PVDF共混膜的结构和组成,分析了PAA—PVDF共混膜对水溶液中Cu^2＋的吸附性能,研究了共混膜对Cu^2＋的吸附热力学和吸附动力学．结果表明,动力学吸附过程符合准二级动力学方程,等温吸附过程符合Langmuir模型．吸附过程的平均吸附能为8—16kJ／mol,表明该吸附过程为离子交换反应．热力学参数△G^0〈0、△H^0〉0、△S^0〉0,证实了吸附过程为自发的吸热过程。PAA—PVDF共混膜经吸附／脱附4次循环后,对废水中Cu^2＋的吸附量大于0．025mg／cm^2,脱附率超过95％。PAA—PVDF共混膜具有优良的吸附／脱附性能,良好的稳定性和潜在的应用前号。     

Ni／Fe／Al2O3·PVDF催化还原剂的表征及制备过程优化

在PVDF基体改性的基础上,采用浸渍法制备出Ni／Fe／Al2O3PVDF催化还原剂。通过对一氯乙酸的脱氯效果研究,对交联液配比及交联时间、不同浓度硫酸镍浸渍时间、镍铁比等因素进行优化,实验优化结果表明,Ni／Fe／Al2O3PVDF催化还原剂对一氯乙酸脱氯60min脱氯率达到64％。经SEM表征,制备出的双金属在膜载体表面及断面分布均匀,呈球状和片状结构且双金属未发生团聚。     

PVDF/PVA改性超滤膜抗污染特性的微观作用力评价分析

使用动态过滤法对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行改性,得到PVDF/聚乙烯醇(PVA)改性膜。系统考察了改性前后PVDF超滤膜表面的微观结构变化,使用原子力显微镜结合自制的—COOH、—OH官能团探针,定量测定了改性前后超滤膜与官能团之间的作用力变化特点,并进行了富含—OH、—COOH官能团的典型有机物海藻酸钠(SA)及腐殖酸(HA)的膜污染实验。结果表明,与PVDF基膜相比,PVDF/PVA改性膜表面粗糙度增大,接触角有效降低;—COOH、—OH官能团与PVDF/PVA改性膜之间的作用力远远小于—COOH、—OH官能团与PVDF之间的作用力。在相同的膜污染运行时间内,改性膜的通量衰减速率及衰减幅度皆小于相应PVDF膜的通量衰减速率及衰减幅度。说明改性膜有效降低了膜-污染物之间相互作用力,提高了膜的抗污染能力,微观作用力评价方法可利用于揭示膜污染本质。     

亲水聚合物改性微滤膜在膜生物反应器中的膜污染研究

采用经过聚合多巴胺和氨基聚乙二醇(mPEG-NH_2)表面改性的PVDF微滤膜,通过浸没在膜生物反应器(MBR)中验证改性微滤膜的抗污染性能.同时,采用多种分析手段对改性膜进行表征,包括膜表面微观形貌、润湿性、粗糙度和表面官能团等.实验同时考察了改性膜在MBR中运行的水通量衰减、污染膜的阻力分布,以及对膜面污染物的胞外多聚物组分的影响.结果发现,所采用的膜改性方法明显改善了膜表面的亲水性.短期过滤实验结果表明,多巴胺涂覆膜的稳定通量比原膜高47%,PEG改性膜则在水通量方面有进一步提高;在长期恒通量过滤阶段,多巴胺涂覆膜和PEG接枝膜的比膜通量分别比原膜高37%和88%.实验还发现,改性膜表面滤饼层中蛋白质和多糖含量均低于原膜.     

膜载纳米Pd/Fe双金属颗粒脱氯一氯乙酸的研究

通过涂敷法、共混法和化学接枝法制备了PVDF-PAA膜、PVDF·TiO2-PAA膜和PVDF-g-AA膜3种新型载体膜,分别负载纳米钯/铁双金属颗粒后对一氯乙酸进行还原脱氯实验并通过SEM以及红外吸收光谱(FT-IR)对3个体系进行表征。结果发现,与传统的Pd/Fe纳米悬浮颗粒体系相比,膜载纳米双金属颗粒体系的脱氯效率更高,并且PVDF-PAA膜、PVDF·TiO2-PAA膜和PVDF-g-AA膜3种膜负载的纳米钯/铁双金属颗粒在120min内对10mg/L的一氯乙酸的脱氯效率分别是:56.33%、71.01%和75.51%。