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臭氧处理改性制备亲水性聚偏氟乙烯膜（PVDF）的研究

作　者: 赵强
导　师: 曹兵；潘凯
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚偏氟乙烯丙烯酸臭氧接枝亲水性中空纤维
分类号: TQ325.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚偏氟乙烯(PVDF)有价格低廉、化学和热稳定性好、机械强度高等优点,但PVDF分子链上氟原子对称分布导致了材料表面的表面能低、疏水性强,在含油废水分离过程中污染严重,从而制约了PVDF分离膜的应用,因此需要对膜材料进行亲水化改性处理。本论文利用臭氧的强氧化性,对溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯(PVDF)进行处理,分子链中引入活性过氧基团,然后通过热引发接枝聚合亲水性单体-丙烯酸(AAc),通过非溶剂致相分离法(Non-solvent induced phase inversion)制备具备亲水特性的PVDF分离膜。通过红外光谱、和接触角测试对接枝改性后的聚偏氟乙烯的结构和性能进行了表征。通过红外光谱检测,在1709cm-1波数处出现了AAc中-C=O-的特征吸收峰,证明成功将聚丙烯酸链段引入PVDF中。接枝后的PVDF膜接触角降低、纯水通量增大,表现出了很好的亲水性；同时研究了接枝条件对改性PVDF膜亲水性的影响,随接枝单体浓度增加其亲水性增大；改性前后的聚偏氟乙烯膜的表面形貌通过电子扫描显微镜(SEM)分析表明,在相同成膜条件下改性后分离膜表面形貌发生很大变化,改性后制备的分离膜膜孔径增加,分离膜与中空纤维表面的孔径大小与分布密度,与臭氧处理时间和丙烯酸投入量有关。水通量测试进一步表明,接枝改性可以明显改善PVDF分离膜的亲水性能。其次使用干湿法纺丝制备中空纤维。主要研究臭氧处理时间对中空纤维亲水性的影响。结果表明,相对纯PVDF中空纤维,改性后的中空纤维具有特殊的形貌机构,较低的水接触角和较高的纯水通量。综合实验结果,确定了最佳臭氧处理时间为30min,可以获得亲水性较好的PVDF-g-PAAc中空纤维,其内侧表面接触角为48°,纯水通量为93.02L·m-2·h-1。

全文目录

学位论文数据集  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-29
  1.1 膜分离技术简介  15-17
  1.2 聚偏氟乙烯  17
  1.3 聚偏氟乙烯的物理改性处理方法  17-19
    1.3.1 等离子体处理  17-18
    1.3.2 共混改性  18-19
    1.3.3 复合改性  19
    1.3.4 荷电处理  19
  1.4 聚偏氟乙烯的化学改性处理方法  19-22
    1.4.1 化学试剂法  19-20
    1.4.2 等离子体接枝改性  20-21
    1.4.3 光引发接枝改性  21
    1.4.4 高能辐射源改性  21-22
    1.4.5 臭氧活化接枝改性  22
  1.5 聚偏氟乙烯的制备方法  22-24
    1.5.1 非溶剂致相分离法  22-23
    1.5.2 热致相分离法  23-24
    1.5.3 熔融拉伸法  24
  1.6 PVDF的成膜机理  24-26
  1.7 中空纤维性能的影响因素  26
  1.8 本课题的研究意义、内容及创新点  26-29
第二章聚偏氟乙烯的亲水性改善及表征  29-47
  2.1 实验部分  30-34
    2.1.1 实验药品  30
    2.1.2 实验仪器  30
    2.1.3 聚偏氟乙烯的臭氧活化  30-31
    2.1.4 接枝改性聚偏氟乙烯  31
    2.1.5 分离膜的制备  31
    2.1.6 活性过氧基团测定  31-32
    2.1.7 改性聚偏氟乙烯分离膜的表征  32-34
      2.1.7.1 红外光谱分析  32-33
      2.1.7.2 电子扫描电镜分析(SEM)  33
      2.1.7.3 热重分析(TGA)  33
      2.1.7.4 纯水通量测试  33
      2.1.7.5 接触角测试  33
      2.1.7.6 力学性能测试  33-34
  2.2 结果与讨论  34-45
    2.2.1 反应原理  34-35
    2.2.2 臭氧处理时间对聚偏氟乙烯的影响  35-38
    2.2.3 接枝聚合物PVDF-g-AAc的红外光谱表征  38-40
    2.2.4 改性聚合物PVDF-g-PAAc的热稳定性  40-42
    2.2.5 改性PVDF分离膜的表面形貌  42-43
    2.2.6 PVDF-g-PAAc分离膜的亲水性能表征  43-44
    2.2.7 改性PVDF-g-PAAc的力学性能  44-45
  2.3 本章小结  45-47
第三章改性聚偏氟乙烯制备中空纤维及表征  47-61
  3.1 实验部分  48-50
    3.1.1 实验药品  48
    3.1.2 实验仪器  48
    3.1.3 改性聚偏氟乙烯中空纤维制备  48-49
    3.1.4 活性过氧基团测定  49
    3.1.5 改性聚偏氟乙烯中空纤维的表征  49-50
      3.1.5.1 红外光谱分析  49
      3.1.5.2 电子扫描电镜分析(SEM)  49-50
      3.1.5.3 纯水通量测试  50
      3.1.5.4 接触角测试  50
  3.2 结果与讨论  50-58
    3.2.1 臭氧处理时间对聚偏氟乙烯的影响  50-51
    3.2.2 接枝聚合物PVDF-g-AAc的红外光谱表征  51
    3.2.3 纺制中空纤维铸膜液浓度的选择  51-54
    3.2.4 改性PVDF中空纤维的表面形貌  54-57
    3.2.5 中空纤维膜的亲水性表征  57-58
  3.3 本章小结  58-61
第四章结论  61-63
参考文献  63-67
致谢  67-69
研究成果及发表的学术论文  69-71
作者和导师简介  71-72
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  72-73

臭氧处理改性制备亲水性聚偏氟乙烯膜（PVDF）的研究

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