ZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能.pdf

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1、物理化学学报(WufiHuaxueXuebao)2592Acta脚．一C．Sin．2013，29(12)，2592-2598December[Article】doi：10．3866／PKU．WHXB201310291www．whxb．pku．edu．caZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能庞睿智李鑫李健生陆庄羽黄诚孙秀云王连军(南京理工大学环境与生物工程学院，南京210094)摘要：针对传统聚合物膜抗污染性差的问题，本文从杂化膜结构设计出发，提出将Zr0：纳米粒子的原位制备和聚偏氟乙烯(

2、PVDF)相转化成膜过程有机结合的制膜新方法．该方法将阴离子交换树脂引入到N，N-z．甲基甲酰胺(DMF)中，以氧氯化锆为原料，利用阴离子交换树脂提供的一OH与无机盐的阴离子进行交换，得到ZrO纳米粒子均匀分散的N，~_二甲基甲酰胺溶胶体系．随后将PVDF聚合物溶解到所得的N，N--甲基甲酰胺溶胶体系中，获得均一、透明的铸膜液．利用X射线光电子能谱(XPS)~I1透射电子显微镜(TEM)对杂化膜中锆的存在状态和分散性能进行了表征．结果表明，Zro2纳米粒子均匀分散在PVDF基体中，并且形成的纳米粒子的粒径

3、约为10—20nm．通过粘度、分相速度和膜形态的测定，研究了成膜机理．结果表明，ZrO纳米粒子的引入加速了铸膜液成膜过程的分相速度．杂化膜的亲水性能通过接触角测定仪进行了评价．并选择以牛血清蛋白为代表模拟污染物，考察了杂化超滤膜的抗污染性能．结果表明，原位形成的ZrO纳米粒子显著提高了膜的亲水性，减少了膜对蛋白质的吸附．这种将ZrO纳米粒子的原位制备和PVDF相转化成膜过程有机结合的制膜新方法在有机一无机杂化膜的制备领域具有显著意义．关键词：PVDF膜：原位制备：离子交换：ZrO溶胶：溶胶一凝胶法中图分类

4、号：0648／nsituPreparationandAntifoulingPerformanceofZrO#PVDFHybridMembranePANGRui-ZhiLIXinLIJian—ShengLUZhuang—YuHUANGChengSUNXiu—YunWANGLian-Jun(SchoolofEnvironmentalandBiologicalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094，PR．China)Ab

5、stract：Polymersusedinporousmembranemanufacturearehighlysusceptibletoadsorptionoforganicfoulants．Inthisstudy，anewmethodforinsitupreparationofapoIy(vinylidenefluoride)(PVDF)basedhybridmembraneISreposed。ThestrategyinthismethodiStocombineanion-exchangeprocess

6、withatraditionaIimmersionprecipitationprocess．AhydrousZrO2SO1wassynthesizedbytheadditionofanion—exchangeresintoN，N-dimethylformamide(DMF)containingzirconylchloride．AhomogeneousZr02，PVDFcastingsolutionwasthenobtainedbydissolvingPVDFintheZrO2so1．Thepresence

7、anddispersionstatesofZr02nanopa~iclesintheresultantmembranematrixweredeterminedusingX—rayphotoelectronspectroscopy(XPS)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)．TheresultsindicatethattheZrO2nanopa~icleswerewelldispersedthroughoutthePVDFmatrix．andthesizeofthe

8、formednanopa~icleswasabout10—2Onm．Themembraneformationmechanismwasinvestigatedbasedontheviscosity．precipitationkinetics．andmembranemorphology．TheresultsindicatethattheintroductionofZrO2nanopaaiclesacceleratesphasein