外加磁场对等离子体改性超滤膜的协同研究

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本文研究了外加磁场对等离子体改性聚砜超滤膜的协同作用。在等离子体反应腔外增设磁场,测定不同磁场强度、磁场位置、放电时间、功率以及反应室压强下聚砜膜亲水性和抗污染性。采用光谱法与探针法相结合,实时诊断改性过程中的等离子体电子温度、电子密度等特征参数。进一步研究外加磁场下射频放电等离子体改性超滤膜机理,为等离子改性超滤膜提供理论支撑。经实验研究,其主要结论如下:(1)外加磁场协同等离子体改性的最佳条件为80W,120s,20Pa在距放电中心15cm处外加3块永磁铁。聚砜膜的接触角由原始膜的80°经等离子体改性后降低至43°,磁场协同等离子体改性后进一步降低至30°。提高聚合物膜材料表面极性,改善其浸润性,处理效果明显,表面亲水性增加。(2)测定有无磁场情况下膜通量,原始膜纯水通量为19.25 L/(m2·min),污染率为54%,通量衰减率为65%,截留率为71%。磁场协同等离子体改性对比于等离子体改性其纯水通量由23.65 L/(m2·min)升至30.00 L/(m2·min);污染率由35%降至28%;通量衰减率由33%降至28%;截留率由83%升至94%。改性后聚砜膜的各项性能均有所提高,外加磁场时效果更优。对改性前后聚砜膜材料表面采用SEM图分析,经等离子体改性后距放电中心15cm处表面刻蚀程度很高,破坏膜表面结构,随着距放电中心距离增大,刻蚀程度减弱,经外加磁场作用后进一步减弱。(3)放电过程中等离子体主要由N I,N II,N III,N IV和N V等组成,特征峰均集中在330-440nm波段内,改性最佳条件下时电子温度为1.92×104K,电子密度由单纯等离子体改性的3.50×1015 m-3下降为2.90×1015 m-3,此时改性过程中氮自由基占主要成分,且活性适中,刻蚀现象较弱,这为聚合物表面生成亲水性基团提供了可能,验证前面等离子体改性最佳条件的确定。
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