PVDF微孔膜的疏水改性及其膜蒸馏分离性能.pdf

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1、PVDF微孔膜的疏水改性及其膜蒸馏分离性能徐万塔2015年1月中图分类号：O633.4UDC分类号：620PVDF微孔膜的疏水改性及其膜蒸馏分离性能作者姓名徐万塔学院名称化工与环境学院指导教师赵之平教授答辩委员会主席周智明教授申请学位工学硕士学位学科专业化学工程与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月HydrophobicmodificationsofPVDFmicroporousmembraneanditsseparationperformanceinmembranedistillationCandidateName

2、：Wan-taXuSchoolorDepartment:SchoolofChemicalEngineeringandtheEnvironmentFacultyMentor:Prof.Zhi-pingZhaoChair,ThesisCommeetee:Prof.Zhi-mingZhouDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ChemicalEngineeringandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDenfence：Jan

3、uary,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要膜蒸馏技术的开发应用可为化工厂的废物、废热利用，以及解决淡水资源紧张提供简单而有效的方法。最近20年膜蒸馏越来越受到关注，但膜材

4、料的稀缺和昂贵制约着它的发展，聚偏氟乙烯（PVDF）是目前非常受欢迎的一种膜材料，疏水性好、化学稳定性高，并能溶于有机极性溶剂，因此可以采用相转化法制备成膜。但制膜过程中水溶性高分子添加剂会残留于膜中，这会降低膜疏水性。本文针对PVDF超滤膜疏水性不足，采用表面接枝降低表面自由能和提高表面粗糙度以提高膜的疏水性。首先，采用本研究组研发的远程动态低温（LDDLT）Ar等离子体技术，对PVDF膜表面进行活化，使膜表面产生过氧基团和活性自由基，在空气中暴露后形成羟基，为硅烷偶联剂的接枝提供反应活性基团。同时，通过适当的等离子体刻蚀作用，增大膜

5、表面孔径，提高孔隙率，有利于提高膜的渗透通量。并探索等离子体照射时间对膜表面结构和孔径尺寸的影响。然后，以正辛基三乙氧基硅烷（OcTES）为疏水单体，在等离子体照射过的膜表面接枝修饰，考察pH值、OcTES浓度、热处理温度对改性效果的影响。在优化后的接枝条件下，再往OcTES溶液中添加疏水纳米SiO2粒子（R974），来提高膜表面的粗糙度，从而提高膜的水接触角，考察纳米粒子的添加量对膜性能的影响。此外，对改性前后的膜进行扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、水接触角（WCA）、孔径分布和接枝率（DG）表征，分析PVDF膜改性前

6、后表面形态、化学组成、疏水性和孔径尺寸的变化情况。分析结果显示，用硅烷偶联剂改性后的膜，接触角从70.1°增加到121.0°，平均孔径从25nm扩大到140nm。进一步地，用5%的乙醇水作原料，对PVDF膜进行真空膜蒸馏性能测试。评测结果显示，硅烷偶联剂改性的PVDF膜其膜蒸馏性能提高显著，不仅分离因子从原膜-2-1-2-1的4.94提高到8.50，而且渗透通量也从原膜的3.19kg·m·h提高到5.39kg·m·h。经过纳米颗粒改性后的PVDF膜，孔径随着SiO2添加量的增加而有所减小，表面粗糙度提高，水接触角可达到153°，从而赋予

7、膜超疏水性能，尽管通量上相对于原膜略有下降，但是分离因子进一步提高，达到了9.42。综上所述，本文研究的膜疏水改性工艺简便灵活，改性过程经济而环保，改性效果明显，这对PVDF膜更好地应用于膜蒸馏具有重要的指导意义。关键词：低温等离子体PVDF超滤膜硅烷偶联剂纳米颗粒真空膜蒸馏I北京理工大学硕士学位论文AbstractMembranedistillation(MD)technology,whichprovidedasimpleandeffectiveapproachfornotonlyutilizingthechemicalwastewa

8、terandheatbutalsosolvingthelackoffreshwaterresources,hasgainedgreatattentionduringthelasttwodecades.The