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聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性和热稳定性,且机械强度高、韧性好,是制备超滤膜的典型高分子材料。但是PVDF膜疏水性强,严重影响超滤膜的抗污染性能,氧化石墨烯(GO)作为一种新兴的碳纳米材料,其优良的亲水性为PVDF的亲水改性提供了新的途径。但是GO与PVDF相容性差且分散不均而存在界面缺陷的问题,本文以石墨烯/聚偏氟乙烯(PVDF)杂化超滤膜为研究对象,从石墨烯表面官能团设计出发,采用等离子体辅助气相分解CF4的方法对GO进行氟化处理,制备具有双亲功能且不同氟/氧比的氟化-氧化石墨烯(FGO),控制FGO在杂化超滤膜中的分布状态,调控FGO与PVDF的结构以及膜的亲水性和抗污染性能。 (1)本文通过控制氟化处理时间对GO进行改性,X-射线光电子能谱、透射电子显微镜、原子力显微镜以及Zeta电位等表征手段的测试结果表明:氟化处理,在不明显降低GO表面含氧官能团的同时,成功接枝不同含量的F原子,得到不同氟/氧比的FGO。FGO厚度和粒径都有所减小,出现较多的缺陷,提高石墨烯在DMAc有机溶剂中分散性和稳定性,且FGO-10的分散性最好,有利于FGO在聚合物分离膜改性中发挥作用。 (2)采用浸没-沉淀法制备PVDF杂化超滤膜,研究石墨烯表面官能团含量和氟/氧比对超滤膜结构和性能的影响。实验结果显示,接触角测试说明了PVDF/GO改性膜亲水性最好,接触角达到了61°,随着氟/氧比的增大,PVDF/FGO改性膜的渗透性能、抗污染性能和力学性能呈先增大后降低的趋势,且优于PVDF/GO改性膜和纯PVDF膜。在氟/氧比为1.35的FGO-10综合改性效果最好,PVDF/FGO-10膜的水通量可以达到545.7 L/m2h,通量回复率达到88.9%,污染率仅仅9%,拉伸断裂强度为1.24Mpa,断裂伸长率达28.7%。FGO的亲水性和相容性共同决定杂化超滤膜的性能。 (3)利用XPS、附带能谱仪的扫描电镜(SEM-EDAX)对超滤膜的表面及截面进行氧、氟等元素分布进行探测,XPS氧含量>EDS氧含量>膜整体氧含量,定性及半定量的描述FGO在复合超滤膜中的分布状态,证实了在相转化过程中石墨烯有向表面迁移的趋势。