论文部分内容阅读
水污染和净化已成为一个世界性的问题。饮用水资源供应不足和严重的水污染问题促使科学家们开发有效的技术来实现废水回收和海水淡化。聚四氟乙烯(PTFE)因其良好的耐化学腐蚀性、热稳定性、自润滑性、耐老化性和电绝缘性等被广泛应用于航空航天、汽车机械、纺织和环保等领域。由于其高化学稳定性,PTFE平板微滤膜被认为是最重要的膜分离技术材料之一。然而,PTFE平板微滤膜的应用由于其疏水性而受到限制,它在过滤过程中极易受到污染,并且难以清洗,降低了其长期运行性能。因此,PTFE平板微滤膜的亲水改性具有重要意义。本文以戊二醛(GA)为桥梁,采用不同的亲水剂通过交联反应在PTFE平板微滤膜纤维上包覆亲水涂层以提高其亲水性,研究了试剂浓度、试剂配比和反应时间对改性膜结构和性能的影响,并进行抗污染测试。此方法简便、毒性低,赋予PTFE平板微滤膜优异的亲水性和抗污性能。本文主要分为以下两个内容:(1)选用含有大量氨基的聚乙烯亚胺(PEI)与氧羧甲基壳聚糖(OCMCS)通过GA交联,对PTFE平板膜进行亲水改性。研究表明:与PTFE原膜相比,OCMCS/PEI-GA PTFE平板膜的平均孔径从0.183μm降低为0.17μm,OCMCS/PEI-GAPTFE平板膜的纤维上包覆了一层亲水物质;膜表面出现碳氧双键和碳氮双键和N、O、Na元素,说明OCMCS和PEI被成功引入PTFE平板微滤膜中。OCMCS/PEI-GAPTFE改性膜亲水性能测试结果表明,随着OCMCS质量浓度的增加,纯水通量先增加后降低,对应的表面接触角呈现先减小后增加的趋势;随着OCMCS:PEI的减小,纯水通量呈现降低趋势,对应的表面接触角呈现增加的趋势;随着GA浓度的增加,纯水通量呈现先增加后下降最后趋于稳定的趋势,表面接触角先减小后增加。当OCMCS质量浓度、OCMCS:PEI、GA质量浓度和反应时间分别为5g/L、4:1、5g/L和12h时,OCMCS/PEI-GA PTFE平板微滤膜的亲水性能最佳。与PTFE原膜相比,OCMCS/PEI-GAPTFE平板微滤膜的纯水通量从0升高为5220±200 L/m2h(测试压力为0.1MPa),接触角从119°±2.4°下降到69°±3°。静态牛血清蛋白(BSA)吸附实验和动态牛血清蛋白过滤实验结果表明,OCMCS/PEI-GA PTFE平板微滤膜在pH=7.0条件下对牛血清蛋白具有良好的抗污染性。化学稳定性测试结果表明,PTFE亲水改性膜在强酸、强碱条件下的亲水性降低,且酸性、碱性越强,其亲水性下降越快;在长期运行稳定性测试中,PTFE亲水改性膜的纯水通量和接触角基本不变,表明其具有良好的长期运行稳定性。(2)选用PEI与羧甲基纤维素钠(CMC)通过GA交联,对PTFE平板膜进行亲水改性。研究表明:与原膜相比,CMC/PEI-GAPTFE平板微滤膜的平均孔径从0.183μm降低为0.16μm,CMC/PEI-GAPTFE平板微滤膜的纤维上包覆了一层亲水物质且膜表面未出现堵孔现象。CMC/PEI-GA PTFE改性膜亲水性能测试结果表明,随着CMC质量浓度和GA质量浓度的增加,纯水通量均先增加后降低,对应的表面接触角呈现先降低后增加的趋势;随着CMC:PEI的减小,纯水通量呈现降低趋势,对应的表面接触角呈现增加的趋势。当CMC质量浓度、CMC:PEI、GA质量浓度和反应时间分别为5g/L、4:1、5g/L和6h时,CMC/PEI-GA PTFE平板微滤膜的纯水通量为4485±187.4L/m2h(测试压力为O.1MPa),接触角为45.6°±2°。水包油乳液分离实验结果表明,CMC/PEI-GA PTFE平板微滤膜具有良好的抗污染性。化学稳定性测试结果表明,PTFE亲水改性膜在强酸条件下的亲水性降低,且酸性越强,其亲水性下降越多,在强碱中较为稳定;在长期运行稳定性测试中,CMC/PEI-GA PTFE改性膜的纯水通量和接触角基本不变,表明亲水改性膜具有良好的长期运行稳定性。