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聚偏氟乙烯（PVDF）/压电粉体复合超滤膜的制备与性能研究

作　者: 张东华
导　师: 孙大志
学　校: 上海师范大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: PVDF BaBi2Nb2O9 SrBi2Nb2O9 复合超滤膜纯水通量截留率
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前大部分的商业用超滤膜都是使用有机高分子材料通过浸没相转化法制备而成。有机高分子膜因其材料丰富，易于成型，工艺简单，价格便宜等优点已经成为制膜工业首选的超滤膜材料。而无机超滤膜却由于开发时间短，进入工业领域比较晚，成型困难，种类有限等使得应用受到限制。所以目前在超滤膜的市场上有机高分子材料分离膜在污水处理，生物医药，医疗器材，能源环保等领域得到广泛的应用。随着超滤膜的不断发展，有机无机材料复合超滤膜成为研究的热点之一。复合超滤膜既可以保持有机高分子材料的优点，又可以利用无机粉体的微小粒度来改善膜材料的结构与分离方面的性能。对于分离膜来说，更是一种非常有意义的复合手段。本实验选用具有独特压电性的聚偏氟乙烯（PVDF）作为复合超滤膜的基体，掺杂了具有压电性且为铋层状类钙钛矿结构的铌酸铋钡（BaBi₂Nb₂O₉简称BBN）和铌酸铋锶（SrBi₂Nb₂O₉简称SBN），通过浸没相转化法制备了BBN/PVDF，SBN/PVDF复合超滤膜并作为研究对象，记录了随着陶瓷压电粉体含量和压力的变化，复合超滤膜纯水通量和蛋白质截留率的变化规律。通过调节蛋白质溶液的pH的方法提高复合超滤膜分离性能，并对其中机理作了初步的讨论。研究过程中借助了电子扫描显微镜，原子力显微镜，X射线衍射仪，傅立叶红外光谱等表征手段对压电粉体以及复合超滤膜的微观结构进行表征。实验结果表明，当BBN含量为3%时，纯水通量提高到424.63L/m2h，对牛血清白蛋白的截留率达到93.02%，对鸡蛋白蛋白的截留率达到80.49%。随着压力的增加，BBN/PVDF复合超滤膜对蛋白质的截留率保持在90%以上，SBN/PVDF复合超滤膜对蛋白质的截留率保持在91.01%。当pH=4.7时，蛋白质溶液的通量明显增加，抗污染性能提高。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章文献综述  9-25
  1.1 引言  9-10
  1.2 膜材料综述  10-15
    1.2.1 膜的定义和分类  10-11
    1.2.2 膜分离技术概述  11-12
    1.2.3 超滤膜的制备  12-13
    1.2.4 膜的污染与抗污染性能  13-14
    1.2.5 超滤膜组件概述  14-15
  1.3 聚偏氟乙烯超滤膜及其改性研究  15-20
    1.3.1 聚偏氟乙烯简介  15-16
    1.3.2 影响聚偏氟乙烯超滤膜的各种因素概述  16-18
    1.3.3 聚偏氟乙烯超滤膜的改性研究  18-20
  1.4 BaBi_2Nb_2O_9(BBN)压电粉体综述  20-22
  1.5 SrBi_2Nb_2O_9(SBN)压电粉体综述  22
  1.6 选题意义与研究内容  22-25
    1.6.1 选题意义  22-23
    1.6.2 研究内容  23-25
第二章掺杂压电粉体改性 PVDF 复合超滤膜的制备与性能表征  25-33
  2.1 实验主要材料及所用仪器  25-26
    2.1.1 实验药品  25
    2.1.2 实验设备及仪器  25-26
  2.2 压电粉体/PVDF 复合超滤膜的制备  26-27
  2.3 复合超滤膜的性能测试  27-30
    2.3.1 纯水通量的测试  27-28
    2.3.2 截留率的测定  28-29
    2.3.3 蛋白质溶液吸光度的测定  29
    2.3.4 复合超滤膜的亲水性测定  29-30
    2.3.5 复合超滤膜热稳定性的分析  30
  2.4 复合超滤膜的结构表征  30-33
    2.4.1 X-射线衍射分析  30-31
    2.4.2 复合超滤膜的红外谱图分析  31
    2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)的表征  31-32
    2.4.4 原子力显微镜(AFM)对膜表面粗糙度的表征  32-33
第三章 BBN/PVDF 复合超滤膜的性能研究及结构分析  33-56
  3.1 BBN/PVDF 复合超滤膜的性能研究  33-43
    3.1.1 BBN/PVDF 复合超滤膜纯水通量的分析  33-34
    3.1.2 复合超滤膜亲水性分析  34-35
    3.1.3 BBN/PVDF 复合超滤膜的截留率的分析  35-38
      3.1.3.1 BBN/PVDF 复合超滤膜对 BSA 截留率分析  35-36
      3.1.3.2 BSA 截留率的紫外分析  36-37
      3.1.3.3 BBN/PVDF 复合超滤膜对鸡蛋白蛋白(EA)的截留率分析  37-38
      3.1.3.4 EA 截留率的紫外分析  38
    3.1.4 不同压力下复合超滤膜对牛血清白蛋白的截留率  38-39
    3.1.5 不同 pH 对牛血清白蛋白溶液截留率与通量的影响  39-43
      3.1.5.1 pH 值对纯水通量的影响  40-41
      3.1.5.2 pH 值对牛血清白蛋白通量的影响  41-42
      3.1.5.3 pH 值对 BSA 溶液通量与纯水通量的影响  42
      3.1.5.4 pH 值对牛血清白蛋白溶液截留率的影响  42-43
  3.2 复合超滤膜的结构分析  43-53
    3.2.1 复合超滤膜的 X 射线衍射(XRD)分析  43-44
    3.2.2 红外谱图测试与分析  44-47
    3.2.3 复合超滤膜的 SEM 谱图分析  47-51
      3.2.3.1 膜的表面结构分析  47-48
      3.2.3.2 膜的断面结构分析  48-51
    3.2.4 复合超滤膜的原子力显微镜(AFM)分析  51-53
  3.3 BBN/PVDF 复合超滤膜的热稳定性分析  53
  3.4 本章小结  53-56
第四章 SBN/PVDF 复合超滤膜的性能研究及结构分析  56-67
  4.1 引言  56
  4.2 SBN/PVDF 复合超滤膜的性能分析  56-60
    4.2.1 SBN/PVDF 复合超滤膜的纯水通量分析  56-57
    4.2.2 SBN/PVDF 复合超滤膜的截留率分析  57-60
      4.2.2.1 SBN/PVDF 对 BSA 的截留率分析  57-58
      4.2.2.2 SBN/PVDF 超滤膜的紫外图谱分析  58
      4.2.2.3 SBN/PVDF 复合超滤膜对 EA 的截留率分析  58-59
      4.2.2.4 SBN/PVDF 超滤膜对 EA 的紫外吸收图谱分析  59-60
  4.3 SBN/PVDF 复合超滤膜的结构分析  60-65
    4.3.1 SBN/PVDF 超滤膜的 X 射线衍射分析  60-61
    4.3.2 SBN/PVDF 复合超滤膜的红外谱图分析  61-62
    4.3.3 SBN/PVDF 复合超滤膜的 SEM 图分析  62-63
      4.3.3.1 SBN/PVDF 超滤膜的表面结构图  62
      4.3.3.2 SBN/PVDF 复合超滤膜的断面结构 SEM 图  62-63
    4.3.4 SBN/PVDF 复合超滤膜的原子力显微镜(AFM)分析  63-65
  4.4 本章小结  65-67
第五章结论  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-75
附录：攻读硕士学位期间的成果  75

聚偏氟乙烯（PVDF）/压电粉体复合超滤膜的制备与性能研究

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