邻苯二酚自聚合法亲水改性PTFE平板膜的研究

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在污水纯化技术中,膜分离技术因其简单有效、成本低廉等特点备受关注。聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜材料因为具有合适的孔径、高孔隙率、高机械强度、优秀的化学稳定性等性能,一直以来被认为是处理重污染废水的最有效膜材料之一。然而,PTFE膜材料的强疏水性能不仅使得PTFE膜在使用过程中容易被污染而且限制了其在污水纯化领域的应用范围。因此,为了提高PTFE膜的抗污染能力,对其进行亲水化改性至关重要。本文以邻苯二酚(CA)自聚合反应为基础,通过一步共沉积和二次修饰的方法在PTFE平板膜表面构建亲水涂层。通过场发射扫面电子显微镜(FESEM)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术研究了PTFE改性膜的表面形貌和化学结构。同时也考察了反应单体浓度、反应时间等条件对PTFE改性膜的性能影响。主要研究内容如下:(1)为了提高PTFE平板膜的亲水性和抗污染性能,采用CA和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积结合γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)表面矿化的方法对PTFE平板膜进行了改性。实验结果表明,改性PTFE平板膜表面仍然保持纤维网络结构,其纤维与节点上附着有大量固体颗粒,表面粗糙度增加,孔径与孔隙率下降;改性PTFE平板膜表面出现亲水基团-OH和-NH2;随着KH560单体浓度的增加,改性PTFE平板膜接触角不断下降,水通量先上升后下降;最优实验条件为:CA浓度为1.2 g/L,CA/PEI质量比为4:1,反应时间为8h,KH560浓度2%。改性PTFE平板膜的接触角由137°降低为18°,水通量达到了9750 L·m-2·h-1。对改性PTFE平板膜的油水分离测试结果表明,所得亲水膜具有良好的抗油污染能力以及高达99%油截留率。对改性PTFE平板膜化学研究结果表明,所得KH560矿化膜表现出良好的耐强酸能力。(2)本研究采用CA与不同种类硅烷偶联剂共沉积的方法对PTFE平板膜进行亲水化改性。研究结果表明,通过CA与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH590)共沉积反应所得的CA/KH560或CA/KH590共沉积改性PTFE平板膜表面仍然保持纤维网络结构,其纤维与节点上均匀的附着亲水涂层;两种改性PTFE平板膜表面均出现亲水基团-OH;随着KH560或KH590单体浓度的增加,两种改性PTFE平板膜的接触角不断下降,水通量先上升后下降;随着反应时间的增加,两种改性PTFE平板膜的接触角不断下降,水通量先上升后下降。最优的实验条件为:KH560和KH590的浓度分别为2 g/L和1.6 g/L,反应时间为6h。所得CA/KH560和CA/KH590共沉积改性PTFE平板膜的接触角由145°分别降低为16°和37°,水通量分别为10215 L·m-2·h-1和8490 L·m-2·h-1。对改性PTFE平板膜的抗污染性能测试结果表明,所得亲水膜拥有良好的抗牛血清蛋白(BSA)吸附能力。耐酸碱测试结果表明,所得亲水膜耐强酸但不耐强碱。
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