基于聚偏氟乙烯的有机—无机复合膜的研究

【摘要】聚偏氟乙烯(PVDF)具有物化性质稳定、机械强度高等优点,在水处理等领域应用前景广阔,但是聚合物材料本身疏水,在实际应用过程中易产生膜污染,从而引起膜分离效率的下降和操作成本的增加。利用亲水性的无机纳米粒子制备有机-无机复合膜提高膜的亲水性,正成为膜材料领域的研究热点之一。然而,具有高比表面积和表面能的无机纳米粒子容易团聚,造成其在聚合物基体中分布不均匀。同时,有机与无机两相之间相互作用弱,导致无机纳米粒子在膜服役过程中容易流失,起不到持久亲水化改性的效果。本文采用无机纳米粒子表面改性和仿生矿化的方法,构建了亲水化的有机-无机复合膜,并对表面改性、矿化过程以及复合膜的应用性能进行了深入探讨。全文主要内容如下：为提高二氧化硅(Si02)纳米粒子在聚合物基体中的分散性,并增强其与聚合物的相互作用,采用表面引发原子转移自由基聚合在Si02纳米粒子表面分别接枝甲基丙烯酸羟乙酯／甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物,以杂化Si02纳米粒子为亲水性添加剂,分别与PVDF和PAN溶液共混,通过浸没沉淀相转化法制备有机-无机复合膜。考察了杂化SiO2纳米粒子表面接枝聚合物的分子量对成膜过程、复合膜的结构和性能的影响。当Si02纳米粒子表面接枝合适分子量的聚合物时,杂化粒子在成膜过程中向膜表面迁移／富集,其复合膜具有高的表面亲水性、蛋白质截留率和抗蛋白质污染性能。制备了PVDF/聚丙烯酸(PAA)复合膜,进而采用交替浸渍法于膜表面和截面进行矿化。组合表面衰减傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等分析手段对矿化过程进行了表征,着重考察了矿化条件如溶液浓度、PAA含量、循环次数对矿化膜的形貌和机械性能的影响规律,确定了最优矿化条件。矿化后的膜表面和截面覆盖了由方解石和球文石组成的碳酸钙粒子,呈现高亲水特性,纯水通量提高了3倍,对刚果红的截留率高达90%,且膜性能长期稳定。采用原位矿化法制备了PVDF/PAA/CaCO3复合膜。结合三元相图分析了不同CaCl2含量的铸膜液的分相行为,在CaCl2的存在下,PVDF/PAA在N,N-二甲基乙酰胺/水溶液中的溶解性变差,且出现了“盐出”效应。比较了碳酸钠和碳酸铵为矿化碳酸源对CaCO3粒子的生成和分布以及矿化膜的结构和性能的影响,选择(NH4)2CO3水溶液为碳酸源。通过添加15wt%甘油于(NH4)2CO3水溶液,降低溶剂与非溶剂的交换速度,制备了PVDF/PAA/CaCO3复合膜。该复合膜无大孔结构,膜上表面、皮层和膜截面处的指状孔内均匀负载由方解石和球文石组成的CaCO3粒子,同时具有抗荷正电蛋白质污染的性能。
【作者】智锁红；
【导师】徐志康；
【作者基本信息】浙江大学，高分子化学与物理，2014，博士
【关键词】二氧化硅；复合膜；聚偏氟乙烯；聚丙烯酸；矿化；

【参考文献】
[1]闫昳姝.基于生物、有机、纳米材料的DNA检测体系研究[D].南京大学,高分子化学与物理,2012,博士.
[2]刘川.手机视频播放系统的研究与实现[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[3]谢小英.石墨烯基超级电容器：电极材料制备及储能机理研究[D].天津大学,2014.
[4]王立亚.黄河源区玛多县草地退化特征分析及治理模式初探[D].甘肃农业大学,2004.
[5]孙鹏远,孙建国,卢秀丽.P-SV波AVO分析[J].石油地球物理勘探,2003,02:131-135+220-106.
[6]孙新柱,胡寿松.多目标约束下的满意容错控制方法[J].自动化学报,2008,08:937-942.
[7]郭彩云.多元文化生态影响下天津传统武术发展研究[D].天津体育学院,民族传统体育学,2014,硕士.
[8]吴洋.我省县区基层公务员职业道德建设研究[D].沈阳师范大学,伦理学,2013,硕士.
[9]梁金山.基于C-PSODE算法的模糊RBF神经网络非线性系统辨识[D].西南交通大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[10]苗冬玲.以学生为中心的远程视频课程的设计[D].华东师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[11]薛飞.黄元御《四圣心源》中气论与经方应用[D].云南中医学院,中医临床基础,2012,硕士.
[12]袁坤.稻瘟病新抗性基因Pita~2候选基因的功能研究[D].中南民族大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[13]邹志强.刑事证人的职业拒证权研究[D].华侨大学,法律,2014,硕士.
[14]王爽.基于压缩感知的OFDM稀疏信道估计方法研究[D].江苏科技大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[15]马博.含缺陷焊接接头完整性评定工程方法及其辅助评定系统设计[D].西安理工大学,材料加工工程,2004,硕士.
[16]刘显庆.少数民族文化的公法保护[D].湖南师范大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[17]侯宪鲁.高倍率MH-Ni电池的制备及其性能研究[D].华南师范大学,物理化学,2004,硕士.
[18]戴益斌.波洛克认识规范思想论析[D].华东师范大学,外国哲学,2013,硕士.
[19]牛忠华.导航数据处理器的软硬件设计及实现[D].西安电子科技大学,电路与系统,2010,硕士.
[20]肖韬.基于概率神经网络的城市湖泊生态系统健康评价研究[D].湖南大学,环境工程,2013,硕士.
[21]孔萍萍.咏叹调《我亲爱的爸爸》演唱版本比较研究[D].武汉音乐学院,音乐与舞蹈学,2013,硕士.
[22]丁涛.电动单梁起重机疲劳剩余寿命评估系统的数据库研制[D].重庆大学,机械工程,2003,硕士.
[23]赵延昇.基于压缩感知的图像采集及重构算法研究[D].湖南师范大学,电路与系统,2014,硕士.
[24]严金瑶.基于虚拟化技术的云计算框架设计研究[D].南京邮电大学,计算机系统结构,2013,硕士.
[25]刘春波.社会保障水平区域差异评价与实证研究[D].山东财经大学,社会保障,2012,硕士.
[26]张文成.驰名商标侵权认定研究[D].宁波大学,民商法学（专业学位）,2013,硕士.
[27]王立平,刘敏,张海波.中国二氧化硫污染的“稳健性”影响因素——基于空间面板数据EBA模型的实证分析[J].环境科学学报.
[28]文传军,詹永照,陈长军.最大间隔最小体积球形支持向量机[J].控制与决策,2010,01:79-83.
[29]王德志.基于现场总线技术的井下铁路信号PLC联锁控制系统研究与应用[D].辽宁工程技术大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[30]郭娟.聚二炔酸的结构性能调控和基于聚二炔酸的应用研究[D].复旦大学,高分子化学与物理,2012,博士.
[31]牛八斗.建筑教育中建筑系馆空间设计之走向及意义[D].河北工程大学,建筑技术科学,2012,硕士.
[32]李敏.改进型重复控制的在线式UPS的研究[D].哈尔滨理工大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.
[33]王涛.高温再生光纤光栅的制作与性能研究[D].北京交通大学,2013.
[34]祝国群.现代农业示范园区网络管理信息系统设计与实现[D].浙江大学,农业遥感与信息技术,2004,硕士.
[35]左建法.河南省竞技游泳后备人才培养现状的调查研究[D].郑州大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[36]岑康远（ShumHongYuen）.岭南地区子宫肌瘤中医体质与证候的相关性研究[D].广州中医药大学,中医妇科学,2014,博士.
[37]马金菊.PCERG-1102多晶型研究[D].郑州大学,生物化工,2013,硕士.
[38]成剑文.Immuknow在预防肝癌肝移植术后复发中的临床应用研究及补体系统在肝癌中的作用机制研究[D].复旦大学,外科学,2013,博士.
[39]王雅康.军事网络服务模型及算法研究[D].西安电子科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[40]陈红梅.基于系统的图书馆网络知识服务模式设计[J].大学图书馆学报,2004,05:34-37+70.
[41]王柏松.名华与宝马的协同管理on site模式应用研究[D].兰州理工大学,工商管理,2013,硕士.
[42]董雪洁.民办教育培训机构创新管理的探索与研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[43]程国祯.初中美术CAI课件的开发与实践研究[D].内蒙古师范大学,学科教学,2013,硕士.
[44]刘斌.基于以太网接入技术的网络管理软件的开发[D].华北电力大学（河北）,计算机技术,2004,硕士.
[45]项玲,郑建勇,胡敏强.多端和多馈入直流输电系统中换相失败的研究[J].电力系统自动化,2005,11:29-33.
[46]刘会君,王馨远,汤晓东,潘再法,王宏,王丽丽.基于代谢组学的挥发性肺癌标志物的研究进展[J].分析科学学报,2012,05:715-720.
[47]吴华鹏,陈大融.XML在机械工程中的应用[J].机械设计,2001,11:4-7+40.
[48]李海军.无支撑正渗透膜制备及其性能研究[D].大连理工大学,2013.
[49]陆红历.分配正义的平等之维[D].西南政法大学,法学理论,2012,硕士.
[50]刘旭升.演化博弈中的条件相互作用[D].兰州大学,理论物理,2014,硕士.