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膜分离技术因其具有低成本、高分离效率、无二次污染等优势在各个工业领域受到了广泛的关注。随着膜技术应用范围的不断扩大,矿山废水、医药工业废水等强腐蚀性废水对膜的耐腐蚀性能提出了新的挑战。常用的高分子膜材料如纤维素、聚砜、聚酰胺、聚烯烃等耐受能力有限,无法在强腐蚀性废水的环境下长期稳定地运行。无机陶瓷膜和聚四氟乙烯(PTFE)膜等,虽然具有较好的抗腐蚀性能,但是受生产难度大、制备成本高的制约,难以大规模地应用和普及。聚偏氟乙烯(PVDF)膜本身拥有较好的机械强度与化学稳定性(p H 2-12),在工业废水处理方面得到了较多的应用。因此通过对PVDF膜进行进一步耐腐蚀改性是解决常规膜不能有效地用于腐蚀性废水处理这个问题的有效途径之一。本研究采用了两种方法分别对PVDF膜的耐酸碱性能和耐有机溶剂性能进行了改性,系统地考察了改性对膜结构、力学性能、渗透性能、耐腐蚀性能的影响,并进一步对耐有机溶剂改性的反应条件进行了优化,以及对反应机理和产物作出了探讨。首先将PTFE纳米乳液与PVDF基质共混,通过常规非溶剂致相分离法(NIPS)制备了PVDF/PTFE复合膜,并通过添加表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)抑制了PTFE纳米颗粒在铸膜液中的团聚问题,使通常达5~6微米的团聚粒径下降到仅为1微米左右。将制备的膜浸泡在H+浓度为5 mol/L的不同种类的酸和OH-浓度为0.1 mol/L的碱溶液中进行长达6个月的跟踪实验,对腐蚀前后复合膜的断裂强度、表面粗糙度、水通量、接触角等性能进行了测试,从而表征膜的耐腐蚀性能。研究结果表明,PTFE纳米乳液掺入PVDF中显著提高了PVDF膜(PVDF/PTFE复合膜)的耐腐蚀性能。将制备的各种膜分别浸入H+浓度为5 mol/L的H2SO4、HCl和HNO3溶液中,随着浸泡时间的增长,所有膜的性能由于腐蚀作用而减弱。在上述三种溶液中浸泡长达6个月后,纯PVDF膜(M-0)的断裂强度下降率分别为44.23%、29.57%和38.22%,而PTFE含量为30%的共混PVDF/PTFE膜(M-30)的断裂强度下降率明显降低,分别为30.30%、25.93%和28.62%。碱性溶液表现出对膜较强的腐蚀性,在OH-浓度仅为0.1 mol/L的Na OH溶液中浸泡6个月后,M-0和M-30的断裂强度下降率分别为48.32%和36.70%。M-30在H+浓度为5 mol/L酸性溶液中浸泡6个月的通量变化率与M-0在相同酸性溶液中浸泡3个月的通量变化率相当。PVDF/PTFE复合膜粗糙度与接触角变化率也明显低于PVDF纯膜。例如M-0在H+浓度为5 mol/L的H2SO4和OH-浓度为0.1 mol/L的Na OH溶液中浸泡6个月后接触角变化率分别为9.3%和15.4%;而在同样条件下M-30的接触角变化率分别为8.1%和12.9%。本研究中利用改性前后的膜对H+浓度为0.01 mol/L的H2SO4溶液进行长达336小时(14天)的动态过滤试验。相比未改性的M-0膜,PVDF/PTFE改性膜在该硫酸溶液的动态过滤中表现出了更稳定的过滤性能,膜通量变化率由M-0的50%下降到了M-30的30%。这表明这种通过简单方法即可制备的PVDF/PTFE改性膜在实际应用中具有比单纯PVDF膜更大的抗腐蚀优势,特别是对酸性废水。为了进一步改进PVDF膜的抗腐蚀性能,本研究探索了将PEI包裹在PVDF膜表面,通过后续反应形成“保护层”的方法,从而使制备的改性膜获得了较强的能耐有机溶剂的特殊性能。通过对共热温度、共热时间、烘箱湿度、PEI组分等影响因素进行正交实验,找到了最优的包裹反应条件:选用分子量为600、7W、75W的PEI,每种PEI的质量分数为整体PEI水溶液的1.3%。首先在90℃下共热17小时,然后在温度为90℃、湿度为70%的烘箱中继续反应3 h,得到的改性膜拥有最佳的耐有机溶剂性能。改性后的M600+7W+75W在质量分数为50%的NMP溶液中浸泡7天后质量留存率仍在90%以上,能进一步用于含有机溶剂的工业废水处理。此外,本研究对PEI包裹PVDF的改性膜进行了元素分析与化学键测试,测试发现改性膜含有H、C、N、O、F五种元素,其中O元素来自于PVDF和PEI之外的物质。本研究对PEI包裹PVDF形成耐有机溶剂保护层的反应机理及产物进行了初步推测。相较于PVDF原膜,改性膜表面水接触角由78.6°下降至51.8°,变得更亲水,纯水通量由7.8 LMH下降至3.6 LMH,表明膜孔径减小。由于包裹反应发生在膜的内外表面,膜的宏观结构几乎不受影响,这使膜的机械强度得到了一定程度的提高,最大拉伸应力由4.16 MPa上升至5.60 MPa。