不同功能纳米材料共混改性聚醚砜膜及其超滤性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qian_betty
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聚醚砜(PES)是一种综合性能优异的高分子材料,如良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、易成膜性以及出色的机械性能,是目前应用最广泛的水处理膜材料之一。然而,PES膜在进行分离过程中仍存在问题。一方面,由于PES自身具有很强的疏水性,这将导致在过滤过程中膜的水通量较低;另一方面,PES膜抗污染性能差,极易吸附蛋白等有机污染物,在过滤过程中易被水中的蛋白及油污所污染,导致膜孔被堵塞,水通量严重下降。如何提高PES膜的水通量及抗污染性能是膜分离领域的研究热点。因此,对PES膜进行功能化改性来提高膜的分离性能至关重要,本论文以PES作为膜基质材料、制备不同功能化纳米材料作为添加剂并通过浸没沉淀相转化(NIPS)法制备改性膜。主要研究内容包括:(1)制备水溶性金属有机骨架(MOF)纳米颗粒作为功能化添加剂与PES共混成膜。在成膜过程中,水溶性MOF纳米颗粒可通过水溶解去除,并在改性膜中形成均一多孔结构。实验过程中研究了MOF尺寸大小以及MOF添加量对PES改性膜的微观形貌、渗透通量、抗污染性及分离性能的影响,并得出最佳配比。当MOF纳米粒子的添加量为3 wt%时,改性膜的水通量高达121.5 L m-2 h-1,并且对牛血清白蛋白的截留率接近100%。(2)用多糖接枝改性单壁碳纳米管作为功能化添加剂与PES共混成膜。通过改变多糖与单壁碳纳米管的质量比制备亲水性不同的功能化单壁碳纳米管,探究不同功能化单壁碳纳米管对改性膜分离性能的影响。并研究功能化单壁碳纳米管的添加量对膜性能的影响。当添加剂的含量为3 wt%时。改性膜的纯水通量高达223.3 L m-2 h-1,对牛血清白蛋白和刚果红的截留率分别为98.5%和98.8%。(3)通过NaBH4一步还原法合成了多糖功能化的金纳米颗粒(DexDTM-AuNP),并作为功能化添加剂与PES共混成膜。通过改变多糖功能化金纳米颗粒的添加量来研究膜的超滤性能。研究表明多糖功能化金纳米颗粒有效改善了膜的亲水性、抗污染性及分离性能。当DexDTM-AuNP的含量为3 wt%时,改性膜的纯水通量高达134.5 L m-2 h-1,并对牛血清白蛋白、刚果红和甲基蓝的截留率分别为98.8%、99.3%和93.6%。(4)用RAFT聚合法制备温度响应型聚合物纳米凝胶(DexPNI)作为功能化添加剂与PES共混成膜。通过改变多糖与N-异丙基丙烯酰胺的质量比分别制备了三种亲水性不同的温度响应型聚合物纳米凝胶。在实验过程中研究了不同亲水性纳米凝胶和改性膜的热响应行为。并进一步研究了改性剂的添加量对PES改性膜的亲水性、渗透性以及分离性能的影响,并得出最佳配比。所得结果表明,改性膜具有优异的亲水性和分子截留性能。并且,可以通过控制热响应性聚合物链的延伸和收缩来调节改性膜的孔径大小并用于分子分离。
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