tips法制备pvdf膜孔径调控和表面修饰及应用

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1、学校代码：10270分类号：TQ31学号：152200917硕士学位论文TIPS法制备PVDF膜孔径调控和表面修饰及应用学院：生命与环境科学学院专业：化学工程研究方向：膜分离研究生姓名：左继浩指导教师：郎万中完成日期：2018年4月上海师范大学硕士学位论文摘要摘要本论文以疏水性聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料，采用热致相分离法(Thermallyinducedphaseseparation,TIPS)制备PVDF平板膜，研究了不同的凝胶浴条件、多巴胺沉积改性以及亲/疏水喷涂溶液的喷涂改性对最终膜结构及其性

2、能的影响，并进行了油水分离的应用。本论文主要从以下三个方面开展工作。首先，未经改性的纯PVDF膜机械强度较低、通量小，且极易被蛋白质或者一些油污所污染造成膜孔堵塞，抗污染性能较差。基于这点，我们从凝胶浴条件着手，研究了不同的凝胶浴介质(水、空气)以及凝胶浴温度对膜结构以及性能的影响，并对其进行了“油水分离”的应用。通过实验我们发现改变凝胶浴条件可以很好的调控膜孔径，从而对膜的渗透性能及分离性能产生直接的影响。与使用“水”作为淬冷介质的传统TIPS法制备的膜(PVDFT-water)相比，在适宜温度(30℃)的

3、空气浴下淬冷的PVDF膜(PVDFT-air)不仅更加节能、环保，而且膜孔径更大，纯水通量更高，且机械性能可以得到了很大的提升，最终能够突破纯水通量与抗拉强度关系的“trade-off”线，并在之后的“油水分离”应用中能够很好的截留住“水包油”乳液，这对于进行油水分离应用的PVDF膜来说是一个很好的改进。其次，多巴胺作为一种黏附性能很好的功能性物质，由于其丰富的亲水性羟基基团和氨基官能团的存在，将它用于改性膜材料时，它能在膜材料表面通过氧化自聚合反应快速成膜，其丰富的亲水性基团和氨基官能团可显著增强表面亲水性

4、和化学功能性。目前，有很多研究人员采用多巴胺进行膜材料改性，大多取得了很好的效果。但对于TIPS法制备的PVDF膜材料来说，却鲜有报道。我们采取在空气浴条件下的TIPS法制备PVDF平板膜，然后将其完全浸入多巴胺溶液中进行沉积改性，通过改变PVDF膜在多巴胺溶液中的沉积时间(24,48,72,96h)，研究不同多巴胺沉积时间对PVDF膜结构和性能的影响。研I上海师范大学硕士学位论文摘要究发现，在多巴胺中沉积改性后的PVDFT-air膜可以展现出非常优越的机械强度和超高的渗透通量且油截留率没有降低，同时在分离三

5、种不同的水包油乳液(正己烷、甲苯、石油醚)时，油截留率能超过98.5%。在适宜的时间下对膜进行多巴胺沉积改性，能显著提高其表面亲水性、水下疏油性及纯水渗透通量，最优条件下(48h沉积时间)纯水通量可达到3855.6L·m-2·h-1·bar-1。除此之外，此新颖方法制备的PVDF膜的通量恢复率提高到了90%以上，在油水分离领域显示出潜在的应用前景。最后，基于前面两块工作的研究，我们发现，现如今大部分的油水分离材料都只能进行“单向”分离，通常是亲水性膜材料分离“水包油”乳液，疏水性膜材料分离“油包水”乳液。我们

6、通过在PVDF平板膜上、下表面喷涂亲/疏水涂层溶液，构筑了一种能同时分离“水包油”、“油包水”乳液的PVDFJanus膜，这种Janus膜最大的优势在于它可以将亲/疏水两种看似“矛盾”的性质结合在一张膜上，使其能够同时满足油水分离应用中的两种需求。我们首先在铸膜液里添加适量的二氧化硅材料，然后通过“空气浴”TIPS法制备PVDF平板膜。亲水面通过喷涂改进的“多巴胺”溶液，极大缩短了过去需要沉积几十个小时的时间，且亲水性效果也得到了极大改善，真正达到了“超亲水”的目的；而疏水面通过喷涂微纳米尺寸的二氧化硅和硅烷

7、偶联剂（聚二氯二苯基硅烷）的混合溶液，二者通过化学键合固定在膜表面上，其接触角和滑动角都能满足“超疏水”材料的条件。通过实验发现，此方法制备的PVDFJanus膜可以同时高效分离“水包油”、“油包水”乳液和油水混合物，最高油截留率可以到达96.09%，最高水截留率可以到达99.08%。除此之外，其优异的耐酸碱性、耐热耐寒性以及耐磨损性能使其能够很好的应用在油水分离领域。关键词：热致相分离(TIPS)法；聚偏氟乙烯(PVDF)；空气浴；多巴胺；Janus膜；油水分离。IIShanghaiNormalUniver

8、sityMasterofChemicalEngineeringAbstractAbstractInthispaper,hydrophobicpolymerPVDFwasusedasmembranematerialandPVDFflatmembranewaspreparedbyTIPS(ThermallyInducedPhaseSeparation)method.Theeffectsofdiffere