超疏水pvdf复合微孔膜的制备与膜性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201421506007河北工业大学硕士学位论文超疏水PVDF复合微孔膜的制备与膜性能研究论文作者：于泳波学生类别：学术型非定向学科门类：化学工程与技术学科专业：化学工程指导教师：王志英职称：副教授资助基金项目：河北省高等学校科学技术研究重点项目（ZD2015107）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologyFABRICATIONANDPROPERTIESOFSUPERHYDROPHOBICPVDFMICROPOROUS

2、COMPOSITEMEMBRANEbyYuYongboSupervisor:AssociateProf.WangZhiyingMay2017ThisworkwassupportedbykeyprojectofscientificandtechnologicalresearchofHebeiProvincialUniversity（NO.ZD2015107）IIII摘要近年来，在膜蒸馏、膜吸收、膜气提等气-液膜接触器中，为防止膜孔被浸湿、减少表面污染物，从而提高分离效率、延长膜的使用寿命，要求所用膜表面具有优异的疏水性和自清洁性能。聚偏氟乙烯(PVDF)因其优异的物理化学性能被广泛

3、用于分离膜的制备，但PVDF膜在应用中仍存在亲水渗透、易粘附污染物等问题，因此，提高PVDF膜的疏水性，并降低其表面粘附性成为该领域亟待解决的关键问题。本文提出一种超疏水PVDF复合微孔膜的制备方法——以粗糙基底辅助相转化法制备的PVDF膜为基膜，通过恒压过滤碳纳米管（CNTs）分散液，将CNTs植入到PVDF基膜表面，再经聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液表面修饰，可制备超疏水PVDF复合微孔膜。接触角和滚动角测试结果表明，采用该方法可使膜表面与水的接触角达到161.5°，滚动角降至10.2°，显示出超疏水性和低粘附性。分别从制膜基底、CNTs和PDMS修饰三方面对超疏水PVDF复

4、合微孔膜的表面形成机理进行研究。结果发现，粗糙制膜基底提供了基膜底面的微米级粗糙结构。采用恒压过滤CNTs分散液的方法将CNTs植入PVDF基膜上，强化了膜表面的纳米结构，在膜表面形成微-纳米级复合阶层结构，增大了膜表面粗糙度。用PDMS对PVDF/CNTs复合膜进行表面化学修饰，可以有效降低复合膜的表面自由能。研究表明，既增加了膜表面粗糙度、又降低了表面自由能的PVDF/CNTs/PDMS复合膜，在静态水接触角和滚动角的变化上都达到了单一方式所不能及的效果，能够获得此般超疏水和低粘附性能，是粗糙基底、CNTs和PDMS修饰三者协同作用的结果。考察了CNTs分散液的固含量、过滤压

5、差、表面修饰溶液中PDMS浓度及表面涂覆时间对超疏水PVDF复合微孔膜浸润性、透过性能和机械性能的影响，在此基础上，制备出了超疏水、低粘附且具有良好透过性能和机械性能的PVDF复合微孔膜，得到了超疏水PVDF复合微孔膜的较优制备条件。关键词：膜；制备；聚偏氟乙烯；碳纳米管；过滤；超疏水IIIABSTRACTInrecentyears,themembraneswhichusedingas-liquidmembranecontactorssuchasmembranedistillation,membraneabsorption,membranegasstrippingandsoona

6、rerequiredtohaveexcellenthydrophobicityandself-cleaningperformance,inordertopreventthemembrane’sholesfrombeingsoakedandreducesurfacecontamination,therebyimprovingtheseparationefficiencyandextendtheservicelifeofthemembranes.Polyvinylidenefluoride(PVDF)hasbeenwidelyusedinthepreparationofseparat

7、ionmembranesbecauseofitsexcellentphysicalandchemicalproperties.However,PVDFmembranesstillexisthydrophilicpenetration,adhesionofpollutantsandotherissuesintheirpracticalapplications.Therefore,improvingthehydrophobicityanddiminishingtheadhesiono