纳米Al2O3和TiO2对PVDF膜结构与性能的影响.doc

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1、纳米Al2O3和TiO2对PVDF膜结构与性能的影响徐久升摘要：分别将纳米二氧化钛(TiO2)、纳米氧化铝(Al2O3)颗粒与PVDF复合，采用相转化法制备出PVDF／TiO2和PVDF／Al2O3复合膜。考察了纳米粒子比例对膜纯水通量、截留率、力学性能的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪探究了纳米粒子对PVDF膜结构的影响；采用扫描电子显微镜分析了膜表面、断面和内部的形貌以及成孔情况。结果表明，通过两种纳米材料改性后，膜的孔结构均得到了改善；PVDF／TiO2复合膜的亲水性优于PVDF／Al2O3复合膜，但力学性能不及后者。

2、关键词：聚偏氟乙烯；二氧化钛；三氧化二铝；复合膜；微观结构；亲水性EffectsofAl2O3andTiO2NanoparticlesonStructureandPerformanceofPVDFMembraneXuJiushengAbstract：ThecompositemembranesPVDF／TiO2andPVDF／Al2O3werepreparedbyphaseinversion.TheeffectsofTiO2andAl2O3nanoparticlesonpurewaterflux，retentionrateandmecha

3、nicalpropertiesofmembraneswerediscussed.FouriertransforminfraredspectroscopyandXRDwereusedtoinvestigatetheeffectsofthenanoparticlesonthestructuresofthePVDFmembranes.Scanningelectronmicroscopewasusedtoanalyzethesurfacecross-sectionmorphologyandinternalporestructureofmembr

4、anes.Theexperimentshowsthattheporestructureisimprovedafterthemodificationofthetwokindsofnanomaterials；PVDF／TiO2compositemembranehasbetterhydrophiliccomparedwithPVDF／Al2O3compositemembrane，butitsmechanicalperformancesarenotasgoodasthelater.Keywords：polyvinylidenefluoride；

5、TiO2；Al2O3；compositemembrane；microstructure；hydrophilic聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色粉状的结晶聚合物，能溶于某些强的极性溶剂。PVDF由于具有高韧性、抗氧化性等特点，目前已广泛地应用于膜的制备和应用领域[1–3]。然而PVDF的表面能低，容易产生吸附污染，从而直接导致膜通量的下降，缩短了膜的使用寿命。因此，对膜进行亲水化改性显得尤其重要。将无机纳米粒子掺杂到膜基材中，制备出有机–无机复合膜以提高膜的综合性能，现已成为膜技术工作者研究的热点。无机纳米粒子对膜性能的提高主要表现在：增

6、强膜渗透蒸发过程中的传质，提高膜的亲水性、抗污染性以及力学性能。常用的改性纳米材料包括：TiO2，Al2O3，SiO2，ZrO2，碳材料[10–12](氧化石墨烯和碳纳米管)等。纳米TiO2是一种白色疏松粉末，按照结晶形态可分为金红石型和锐钛型，其特点是亲水性强，分散性和光催化活性良好。纳米Al2O3是白色晶状粉末，已经证实的氧化铝有α,β,γ,δ,η,θ,κ和χ等11种晶体。其中β-Al2O3、γ-Al2O3的比表面较大、孔隙率高、耐热性强、分散性好以及成型性好，属活性氧化铝。笔者采用相转化法制备了PVDF／TiO2和PVDF／Al2

7、O3复合膜，通过纯水通量、截留率、力学性能、接触角等测试考察了纳米粒子对膜结构和性能的影响，并且比较了两种复合膜的性能。1　实验部分1．1　主要原材料PVDF：FR904–1，上海三爱富新材料股份有限公司；牛血清白蛋白(BSA)：生化试剂，MW=67000，上海如吉生物科技公司；N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)：分析纯；成都市科龙化学试剂厂；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)：K30，化学纯,成都市科龙化学试剂厂；纳米TiO2，Al2O3：粒径10nm，成都市科龙化学试剂厂。1．2　仪器及设备杯式超滤器：SCM–300型，上海斯纳普膜分离科技有限

8、公司；紫外可见分光光度计：UV–2600型，日本岛津公司；磁力加热搅拌器：78–1型，深圳市沙头角国华仪器厂；静滴接触角测定仪：XED–SPJ型，北京哈科实验仪器厂；万能电子试验机：WDW–1000型，北京