聚偏氟乙烯/TiO_2杂化膜的结构与性能研究

采用溶胶-凝胶原位共混法制备了含不同量TiO2溶胶的聚偏氟乙烯/TiO2杂化膜,并借助X射线衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR),从力学性能、水通量、牛血清蛋白截留率、孔隙率和接触角等方面对膜的结构和性能进行了表征.结果显示,掺入适量的纳米TiO2溶胶不仅明显地改善了PVDF膜的微观结构,而且其亲水性、力学性和水通量等性能也获得了提高.

碳纳米材料/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及性能

为了改善膜的形貌,提高膜的分离性能和力学性能,以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物,以多壁碳纳米管(MWCNT)为纳米填料,以氧化石墨烯(GO)溶液为凝固浴,通过基质混合和溶液凝固浴相结合的方式,成功制备了PVDF/MWCNT/GO杂化膜.通过TEM、SEM、FT-IR等手段对MWCNT和GO的形貌及结构进行了表征,同时研究了碳纳米材料的添加对膜的形貌、分离性能以及力学性能的影响.结果表明:MWCNT呈长管状网络结构,GO呈片层结构,二者的协同作用将有利于膜力学性能的改善;而GO表面丰富的含氧官能团,可以使其在水中有很好的分散稳定性,并且当MWCNT的质量分数为3%时,膜的综合性能达到最优,与纯膜相比,杂化膜的形貌和亲水性有了一定的改善,纯水通量、截留率和力学性能分别提高了约106%、58.7%和101%,这说明碳纳米材料可以有效提高膜的分离性能和力学性能.

有机/无机杂化纳米粒子共混改性聚偏氟乙烯多孔膜及其表面两性离子化的研究

通过表面引发的可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合,制备了聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯嵌段共聚物(PMMA-b-PDMAEMA)接枝改性的有机/无机杂化二氧化硅纳米粒子(BCP-gSiO2NPs),并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液共混,通过传统的非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化分离膜,进一步通过膜表面PDMAEMA链段与1,3-丙磺酸内酯之间的季胺化反应,实现了PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化膜的表面两性离子化。研究结果表明,BCP-g-SiO2NPs的引入以及膜表面的进一步两性离子化显著提高了PVDF膜的亲水性和抗污染性能,是PVDF超滤膜等相转化膜材料改性的有效方法。

一种新的制备有机-无机杂化膜的方法——前驱体水解聚合法制备聚偏氟乙烯-硅杂化膜

首次提出一种制备有机-无机杂化膜的新方法,即将正硅酸乙酯(TEOS)直接添加到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,在入水凝胶时,PVDF逐渐固化成膜,而TEOS同时也与水发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物,这就为形成无机高分子与PVDF互穿网络结构或分子链相互缠绕创造了机遇,为制备力学性能优良的聚偏氟乙烯-硅杂化膜提供了可能.实验初步考察了正硅酸乙酯的添加量对聚偏氟乙烯-硅杂化膜的超滤性能和力学性能的影响,对杂化膜进行了能谱分析.结果表明:1)能谱实验证明杂化膜表面有Si元素存在,表明TEOS在凝胶过程中发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物留在杂化膜中;2)在无致孔添加剂存在时,随TEOS添加量的增加,杂化膜的纯水通量增大,而对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势;当TEOS含量为8%时,与无TEOS的PVDF膜相比,杂化膜的拉伸强度σt和弹性模量E几乎增加一倍;3)在有致孔添加剂PVP K30和无水LiCl存在时,杂化膜的纯水通量随TEOS添加量的增加呈先升后降然后再上升的趋势,对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势.当TEOS添加量为12%时,与无TEOS的PVDF膜相比,超滤性能相近,但杂化膜的拉伸强度tσ和弹性模量E增加近一倍.

聚乙二醇分子量对聚偏氟乙烯杂化膜的影响

通过非溶剂致相分离(NIPS)制备聚偏氟乙烯(PVDF)杂化平板膜,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂,氯化锂(LiCl)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-k30)为固定添加剂,分别以相同含量的不同分子量聚乙二醇(PEG)为亲水改性剂制备平板膜。实验结果表明不同分子量的PEG均能提高PVDF膜的亲水性和孔隙率,膜的水通量随PEG分子量的增加而先增加后减小,含PEG6000的PVDF膜纯水通量最大为1355.214L/(h·m2·atm),膜的孔隙率达到87.651%,膜表面接触角为70.2°,具有较好的亲水改性。选择合适的PEG分子量对膜改性效果具有重要的意义。

聚偏氟乙烯/磷酸化纳米二氧化硅螯合金属锆杂化膜

结合原位合成法和相转化法,利用正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂3氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性制备聚偏氟乙烯(PVDF)/氨基化纳米二氧化硅(NH 2-SiO 2)杂化膜,然后通过磷酸化处理,固定螯合金属锆(Zr),从而提高杂化膜对卵清蛋白的吸附能力,同时改善了杂化膜的亲水性能。当TEOS质量分数为8%时,改性后的磷酸化Zr+PVDF/NH 2-SiO 2杂化膜对卵清蛋白吸附量达到最大,为150.7 mg/g,且其经过4次吸附洗脱重复循环后对卵清蛋白的解吸附率保持在80%以上,显示该杂化膜具有良好的重复吸附和解吸附能力。

前驱体水解聚合法制备聚偏氟乙烯-硅杂化膜(Ⅱ)膜性能变化的原因分析

利用前驱体水解聚合法制备的杂化膜的力学性能有较大提高,膜的透过和截留性能亦有较大改变,采用红外、DSC、TG和电镜等手段分析引起聚偏氟乙烯(PVDF)-硅杂化膜性能变化的原因,实验用的前躯体为正硅酸乙酯(TEOS).TEOS加入到PVDF铸膜液中以后,杂化后膜的热分解温度上升了20℃,膜断面结构由指状向海绵状变化,这些都有利于膜机械性能的改善.但TEOS对PVDF的结晶度影响很小,PVDF的β晶形有所减弱.同时由于膜液中TEOS的存在,导致膜表面孔增大,膜的截留性能持续降低.

聚偏氟乙烯/金属镍杂化膜的制备和表征

以N,N二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,以氯化镍(NiCl2)和聚乙二醇(PEG)为添加剂,采用一步法和两步法2种凝固浴方法制备PVDF/金属镍杂化膜,考察2种凝固浴法以及NiCl2和PEG的含量对PVDF/金属镍杂化膜的亲水性、膜结构和力学性能的影响.结果表明:NiCl2对PVDF膜的亲水性有明显的影响,PEG使得一步法膜的水通量和亲水性有了显著提高;采用一步法,NiCl2为8%且PEG为5%时杂化膜的亲水性和力学性能最好.

功能化TiO_2纳米管改性聚偏氟乙烯杂化膜的结构与性能

将功能化TiO2纳米管(FTNT)均匀分散在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,利用相转化法制备PVDF/FTNT杂化膜,通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、过滤实验和污染性测试等研究了其微结构、分离性和耐污染性能等,并考察膜污染后有效的清洗方法.结果表明,添加FTNT的杂化膜具有不同的微结构与性能,当添加1%FTNT时,杂化膜皮层变薄、微孔数增多,并呈现出最优化的水通量、亲水性、耐压性和抗污染能力等,而对腐殖酸(HA)溶液的截留率略有提高.采用0.01mol/L的NaOH溶液碱洗和太阳光/水的绿色清洗工艺均能实现膜性能的恢复,而采用后者清洗的杂化膜通量恢复率可达到90%以上.

儿茶酚-聚乙烯亚胺原位化学沉积聚偏氟乙烯杂化膜的制备及染料过滤性能

水中可溶有机物的去除,特别是溶解染料的去除,是目前污水处理领域的重要研究课题。文中将儿茶酚和聚乙烯亚胺(PEI)在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中进行贻贝仿生化学沉积,向PVDF铸膜液中引入亲水聚合物单元来改善膜的亲水性、调控膜孔结构,制备了带有亲水单元的PVDF杂化膜,并评价了其过滤染料水溶液的性能。红外光谱和X射线光电子能谱图均证明儿茶酚-PEI在PVDF溶液中发生了化学沉积反应;杂化膜的水接触角从纯PVDF膜的84°降至43°,膜的亲水性得到改善。杂化膜表面的等电位点pH值从3.54提高到4.26,儿茶酚-PEI的化学沉积为膜表面引入了更多正电荷。化学沉积聚合物的引入降低了膜中海绵结构的厚度,增大了指状孔的直径,降低了膜阻力,提高了膜的水通量。当PEI-儿茶酚的质量分数为1.0%、固含量为16%时,膜对10 mg/L结晶紫溶液的截留大于99%,经50 h后,膜的截留率稳定在74.1%。

离子液体接枝型纳米二氧化硅对聚偏氟乙烯膜的亲水化改性研究

采用溶液接枝法合成了离子液体接枝型纳米二氧化硅(IL-Si O2),并利用浸没沉淀相转化法制备了聚偏氟乙烯/离子液体接枝型纳米二氧化硅(PVDF/IL-Si O2)杂化膜,考察了IL-Si O2含量对杂化膜性能的影响。采用流动电位、接触角和水通量等手段分析研究了杂化膜的性能。研究结果表明,PVDF/IL-Si O2杂化膜表面带有正电荷;IL-Si O2的加入显著提高了杂化膜的亲水性、拉伸强度和断裂伸长率;杂化膜纯水通量显著增加的同时,对蛋白质的吸附量和截留率均有一定程度上的提高。

羧基化氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜合成及其水处理研究

羧基化处理氧化石墨烯(GO)得到羧基化氧化石墨烯(GOC),通过共混法制备复合膜,对比研究GO、GOC对聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水性、抗污染性等性能的影响,测试了膜的亲水接触角、膜通量、蛋白质截留率、通量恢复率等。结果表明:GOC/PVDF膜部分β晶型转变为α晶型,表面小孔增多,断面指状孔及海绵状孔径变小,热稳定性提高,亲水性增强,接触角由原膜的81.0°降低到41.2°;水通量和孔隙率分别提高至原膜的3倍和2倍;BSA截留率最大可达到40%。

原位生长法制备沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯杂化膜及其截取钯性能研究

钯因其稀缺且拥有特殊性能而被广泛用于催化、电子等产业,但钯的提取工序繁琐且效率低下。以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基底,将沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)利用原位生长法负载于PVDF膜上。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外分析仪(FT-IR)对膜形貌、结构进行表征。考察了沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯(ZIF-67/PVDF)杂化膜对钯的截留性能。当聚电解质和钯的质量比为3.0时,浸渍于ZIF-67合成液24 h的样品最大截留率为92.60%。

超支化聚硅氧烷改性聚偏氟乙烯微孔膜的制备及膜蒸馏性能

采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)水解缩合反应合成超支化聚硅氧烷(HPSi O),并用其改性聚偏氟乙烯(PVDF)制备疏水HPSiO-PVDF微孔膜。通过红外光谱、核磁共振、水接触角、孔隙率、孔径分布、力学强度等表征方法研究了所制膜的结构和性能,以及微孔膜膜蒸馏性能。结果表明,HPSiO的加入降低了膜孔径,提高了微孔膜的孔隙率、疏水性能、力学性能及真空膜蒸馏性能。

纳米二氧化硅改性聚偏氟乙烯膜的研究进展

叙述了普通纳米二氧化硅(SiO_2)、疏水性气相纳米二氧化硅(SiNPS)、氟化二氧化硅(f SiO_2)以及离子液体接枝改性纳米二氧化硅(IL-SiO_2)对聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜的微观结构、化学性能及力学性能产生的影响及其机理,总结了纳米SiO_2在PVDF膜改性中的研究现状。通过分析目前纳米SiO_2改性所存在的问题,认为研发功能良好,成本低廉的改性纳米SiO_2成为未来的研究热点,探索与PVDF膜的制备方法及用途相对应的最佳的纳米SiO_2改性方法,是未来的发展趋势。

含氟聚合物杂化电解质膜的结构分析

采用熔融辊压法和溶液浇铸 -浸渍法 ,制备了结构与性能不同的含液体电解质的聚偏氟乙烯 -六氟丙烯共聚物基杂化电解质 ,并考察了制膜方法对产物结构与性能的影响 .两种成膜法所制样品 ,在液体电解液的质量分数为 72 .5%时 ,室温电导率均超过 1× 1 0 - 3 S/cm,且电导率的差别与相应的结构有关 . XRD、SEM和 DSC的研究结果表明 :溶液浇铸 -浸渍法制备的样品中 ,聚合物基材呈微孔状 ,电解液对聚合物基材的结构改变较小 ,而熔融法所制样品中液体电解液对聚合物基材的结构改变较大 .恒温热重分析结果证明 ,熔融法制备的样品保液性能优于溶液浇铸 -浸渍法的样品 .

Cu-BTC/PVDF杂化膜的原位掺杂制备及增强的染料吸附性能

将Cu-BTC颗粒与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液共混,原位掺杂制备了Cu-BTC/PVDF杂化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪等对杂化膜的结构进行了表征,并对杂化膜的亲/疏水性质、膜孔隙率以及膜水通量进行了测定,探讨了Cu-BTC的掺杂量对杂化膜结构和性质的影响.结果表明,Cu-BTC的存在使PVDF薄膜的成核机理发生改变,降低了PVDF膜孔尺寸,提高了膜表面亲水性和水通量.在对刚果红(CR)的吸附实验中,Cu-BTC/PVDF杂化膜表现出显著增强的吸附活性,且随着Cu-BTC掺杂量的增加,Cu-BTC/PVDF对CR的吸附性能逐渐增强.吸附热动力学拟合结果表明,吸附过程以Langmuir单分子层吸附和化学吸附为主要特征.

聚合物基杂化阳离子交换膜的制备及性能研究

传统方法制备的异相离子交换膜,在强酸强氧化性溶液体系中使用存在树脂粉脱落和膜性能严重下降的现象,针对这一问题使用流涎法制备出了以聚偏氟乙烯为高分子膜骨架,以聚氯乙烯树脂粉为主要荷电基团,以磷钨酸和磷酸锆颗粒为掺杂荷电基团的聚合物基杂化阳离子交换膜。研究了聚合物基杂化阳离子交换膜的基本性能,测试了膜在强酸强氧化性溶液体系中的电解稳定性,利用扫描电子显微镜(SEM)对膜的表面和截面微观形貌进行了表征。结果表明,相比于传统方法制备的异相阳离子交换膜,流涎法制备的聚合物基杂化阳离子交换膜,膜的选择透过性能和导电性能均有所提高,在强酸强氧化性溶液体系中的电解稳定性也得到了很大的改善,基本上不存在树脂粉脱落和膜性能严重下降的问题。

PVDF/Al_2O_3杂化膜的制备与性能表征

为了改善聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的性能,采用溶胶-凝胶法,通过PVDF与异丙醇铝(AIP)的原位聚合,制备了不同Al2O3含量的PVDF/Al2O3杂化超滤膜.并采用扫描电镜、红外光谱、超滤实验、接触角和机械性能测试等手段对膜的结构和性能进行了表征.结果表明:AIP在注膜液中发生了水解聚合反应,生成铝氧聚合物掺杂在杂化膜中,并与PVDF发生键联;当AIP添加量为12%时,杂化膜的纯水通量比纯PVDF膜提高了83.36%,其对BSA的截留率由88.27%提高到96.64%,且膜的亲水性、机械性能和抗污染性都得到改善.

两亲性超支化聚合物对PVDF膜的共混改性

采用对苯二甲酰氯(TPC)为偶联剂,将不同分子量的端羟基聚乙二醇(MPEG,-Mn分别为350,750,2000)接枝到超支化聚酯(HPE)分子周围,合成了两亲性超支化聚合物(HPE-g-MPEG),并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过相转化法制备了PVDF多孔膜.用SEM,XPS,水接触角,BSA吸附等对共混膜的结构和性能进行了表征.XPS结果表明,超支化聚合物在膜表面呈现富集现象,该富集现象随聚乙二醇(MPEG)分子量的增大而加强.同时,随着聚乙二醇(MPEG)分子量的增大,膜表面的水接触角下降,BSA吸附量减少,表明共混膜的亲水性和抗污染能力提高.