热致相分离法制备PVDF膜的研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色粉末状结晶聚合物.该物质具有优良的物理和化学性能,机械强度高,耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐射线辐射等。因此成为了一种优良的膜材料。且被广泛应用于生活污水处理、饮料浓缩、有机物/水的分离、医药等领域。如今多采用浸没沉淀法(NIPS)和热致相分离(TIPS)法来制备PVDF膜。NIPS法是在较低温度进行的,限制了溶剂的选择范围。热致相分离(TIPS)法的原理是膜液“高温溶解,低温分相”,扩展了聚合物和稀释剂的选择范围,开辟了相分离法制备微孔膜的新途径,但耗能较高。近来,众多学者对TIPS法进行了进一步研究,人们通过调节聚合物、稀释剂与凝胶浴种类,使体系在发生热致相分离的同时,也发生非溶剂致相分离,这种方法被定义为复合热致相分离法。该方法制膜一般是水溶性潜溶剂和聚合物混合,在低于聚合物熔点情况下就可以溶解。当新生态膜液进入冷却液时,在发生热致相分离的同时,在膜的表面也会发生非溶剂交换相分离,最终发生的是TIPS为主,非溶剂相分离为辅的相分离机理。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,分别用TIPS法和复合热致相分离法制备PVDF超/微滤膜。首先用单一水溶性稀释剂己内酰胺(CPL)与PVDF共混通过TIPS法制得了PVDF膜。己内酰胺在常温下是水溶性固态稀释剂,可以用水就能直接萃取,这样对制膜工艺要求可以降低,对环境也绿色环保。通过差示扫描量热仪对不同条件下PVDF/CPL二元共混物的结晶性能进行了分析,利用扫描电镜(SEM)研究了稀释剂含量对膜微观结构的影响,研究了聚合物浓度对PVDF膜水通量、BSA截留率、膜强度等影响。结果表明用单一水溶性稀释剂CPL就可以制得双连续网状孔膜,PVDF浓度为20%时,水通量达到1100L/m~2.h,BSA(分子量6.7万)截留率约20%。其次,在上述膜液组份确定的条件下,研究了复合热致相分离法对膜结构和性能的影响。在实验中分别选取了水和乙醇作为凝胶浴。研究了聚合物浓度、冷却温度对膜结构与性能影响。结果显示,水作为凝胶浴,膜结构为非对称的超滤膜,由较薄的皮层和基体网络状孔组成,PVDF浓度为20%时,膜水通量约为180L/m~2.h,BSA(分子量6.7万)截留率约为60%.乙醇作为凝胶浴,形成的是无皮层的PVDF微滤膜,PVDF浓度为20%时,水通量约为3000L/m~2.h。最后,研究了复合稀释剂对PVDF膜结构和性能的影响。在CPL中分别加入二丙酮醇或者碳酸丙烯酯(PC)形成混合稀释剂,配制了不同比例的复合稀释剂,综合复合热致相分离法制取PVDF微孔膜。结果显示在CPL中加入二丙酮醇或者碳酸丙烯酯膜的孔径均变小,且加入碳酸丙烯酯时膜结构为球状堆积结构,加入二丙酮醇膜结构为网络状孔,膜强度明显增强。相比单一稀释剂,复合稀释剂制膜,水通量减小,截留率明显上升。
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