表面化学接枝以及si-atrp接枝对多孔膜的改性研究

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1、l舀99l72AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorModificationofMicroporousMembraneviaChemicalSurface-graftedandSI-ATRPByjianhuaqiuSupervisor：Prof．jindunliuProf．haoqinzhangChemicalTechnologySchoolofChemicalEngineeringandEnergyOcto

2、ber2009一》原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑卅I大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版

3、，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日㈣8⋯6Ⅲ4㈣5洲3帅8iiii●lⅢY摘要随着膜分离技术的不断发展，对膜材料性能的要求越来越高，通过控制膜的亲水性、荷电性、抑菌性等来提高膜的抗污染性能和分离效率是目前研究的热点。而在众多膜材

4、料改性方法中，表面改性被证明是一种简便、实用的改性方法，它在保持原材料性能的前提下，对膜的表面进行修饰以满足特定分离场合的要求。本论文采用了几种功能性单体，利用表面化学接枝和表面引发原子转移自由基聚合(Surface．initiatedatomtransferradicalpolymerization，SI．ATRP)的方法，对多孔膜进行了表面改性，旨在为后期新膜开发奠定实验和理论基础。具体研究内容如下：1．利用表面化学接枝法对醋酸纤维素微滤膜进行聚电解质接枝改性。首先以丙烯酰胺(acrylam

5、ide，AM)和对苯乙烯磺酸钠(sodium4．styrenesulfonate，sss)为原料，采用水溶液法进行自由基共聚，合成了阴离子聚丙烯酰胺。实验考察了两种单体配比和引发剂浓度对聚合反应转化率和共聚物特性黏数的影响，结果表明，原料中AM含量增大时单体转化率提高，共聚物的特性黏数降低；引发剂用量增大时单体转化率提高，共聚物的特性黏数降低。然后以甲苯二异氰酸酯为交联剂，将合成的阴离子聚丙烯酰胺接枝到醋酸纤维素微滤膜上制备了聚电解质改性的醋酸纤维素超滤膜。实验研究了聚电解质浓度、交联剂浓度、交

6、联时间和交联反应温度对接枝率和膜分离性能的影响，结果表明，聚电解质的表面接枝使膜孔径变小，使平均孔径为0．1“m的微滤膜成为可以截留葡聚糖(分子量507Y)的超滤膜；改性后的膜对溶液pH值和离子强度具有一定的响应性，改性膜的水通量随溶液pH值的减小而增大，随溶液中离子强度的提高而增大。2．以丙烯酰胺为功能单体，利用SI．ATRP法接枝改性氯甲基聚砜膜。通过衰减全反射红外光谱和X一射线光电子能谱对接枝前后膜表面化学组成的分析表明AM成功接枝到膜表面上；利用场发射扫描电镜和比表面分析仪对接枝前后膜表

7、面形貌进行表征发现，SI．ATRP接枝聚合物主要分布在膜的表面上，接枝前后膜的平均孔径、比表面和孔容的变化不大。在保持聚合物接枝密度0．08chains／nm2的条件下，改性膜的接触角随聚合时间增加而线性减小，即膜的亲水性随聚合}摘要时间增加而线性增大。通过控制聚合反应时间来控制膜的亲水性，这对后期进一步的开发和应用奠定了基础。3．以4．乙烯基吡啶为功能单体，利用SI．ATRP方法接枝改性氯甲基聚砜膜，然后络合铜离子提高膜的抑菌性能。动力学研究证明了接枝反应是可控聚合，聚合物的接枝密度达到0．4

8、5chains／nm2。改性膜上平均4个吡啶官能团络合1个铜离子，抑菌实验表明，接枝反应5小时后的CMPSF-g-P4VP膜(铜含量0．65wt％)对大肠杆菌的抑菌性为71．8％，该接枝膜进一步与铜离子络合(铜含量2．49wt％)后抑菌性达到100％。可以推断，该改性方法有望提高膜的抗生物污染能力。4．利用4．乙烯基吡啶改性的中空纤维膜固载磷钨杂多酸制备了催化膜。利用各种表征手段对接枝前后膜的化学组成和形貌进行表征，实验表明通过SI．ATRP技术成功的将4．乙烯基吡啶接枝到中空纤维膜的表面，固载