(2) PVDF-SiO2复合膜
Yu等[19]将溶胶-凝胶法和湿纺技术结合制得无机-有机PVDF-SiO2复合中空纤文超滤膜,实验发现添加了SiO2的PVDF膜的通量得到大大提高,并证明TEOS质量分数为3%的超滤膜具有最佳的超滤和抗污染性能。
Cui等[20]通过热诱导相分离法将PVDF、SiO2和酞酸二丁酯(DBP)的三元混合物熔融共混,制得共混膜,并发现微米SiO2和DBP的浓度对PVDF膜的处理效果和结构由很大影响。
(3) PVDF-TiO2复合膜
在众多金属氧化物纳米材料中,TiO2因其自身的稳定性、实用性和具有光催化性等优点,收到了极大地关注,因此经常被用于水和废水的处理中。在抗膜污染上,由于TiO2具有杀菌作用,对于抵抗微生物引起的膜污染的效果尤为显著。
Cao等[21]用相转化法合成了PVDF-TiO2复合膜,并证明了纳米TiO2在提高膜的渗透性和抗污染性上的作用,同时发现纳米TiO2的颗粒越小,这种作用就更显著,并且对PVDF膜的晶体化也有很大影响。
Oh等[22]通过在PVDF中添加TiO2、使用非溶剂(水/异丙醇)和改用PET薄膜代替常用的无纺布纤文薄膜作为承载层等方法,改善了复合膜的渗透性,改变了膜的横截面结构,并且提高了膜的抗污染性。
(4) PVDF-ZrO2复合膜
张玉云等[23]通过相转化法制备了一系列不同ZrO2含量的ZrO2/PVDF杂化膜。通过SEM、EDX、XRD等技术对杂化膜结构进行表征,发现ZrO2粒子填充到聚合物网络结构中,使膜孔径变小,并且降低了膜的结晶度。膜超滤实验表明,随着ZrO2含量的增加,膜纯水通量先增加后减小;膜对牛血清蛋白(BSA)的截留率逐渐增加,而通量衰减有所降低,说明ZrO2的加入能够有效提高膜对BSA的抗污染性能。
Otsuka等[24]将ZrO2纳米晶体加入极性非质子溶液中,并与PVDF溶液混合,利用高剂量纳米级的ZrO2对PVDF链的物理抑制作用,通过溶胶-凝胶法得到高透光、高折射率的新型PVDF-ZrO2杂化膜,与其他复合膜不同的是,这种方法制得的杂化膜仍具有疏水性。
ZrO2膜的化学稳定性要优于Al2O3膜和TiO2膜,因此更适合用于液相水质不佳的情况。
1.4 本课题的目的和意义
无机-有机复合膜的多种优点,使其成为膜分离领域研究的一大重点。但是综合近几年的研究发现,无机-有机复合膜的制备过程中普遍存在一个问题,即如何掌握好混合条件,使无机颗粒能尽可能地均一、稳定地分布在膜内,并且如何通过共混或者杂化达到理想、均一的孔隙分布和孔径大小。
控制无机颗粒均匀分布的方法有很多,大多数研究中采用简单的物理混合来达此目的,物理混合受温度、搅拌、粘度等因素影响较大,颗粒与基础膜之间的作用力较弱,容易形成局部团聚,不易达到理想均匀的效果。因此,近年来,原位制备有机-无机复合膜的研究越来越受到关注,但是利用离子交换法制备均一、稳定的PVDF/ZrO2膜的研究较少。本课题通过离子交换法制备PVDF/ZrO2复合膜。理论上,将阴离子树脂加入含有无机锆盐颗粒的N,N-二甲基甲酰胺溶液中进行离子交换,能在DMF中得到均一、透明的锆溶胶,大大提高了颗粒的稳定性。因此本人对离子交换法原位制备无机-有机复合膜进行一定的实验研究,以期获得较好的颗粒分布和分离效果,使有机复合膜的总体性能得到进一步提高,得到亲水性和抗污染性能较理想的PVDF膜。
1.5 本课题的主要工作
本研究通过在聚偏氟乙烯(PVDF)膜中引入锆氧化物粒子,制得一种新的复合多孔超滤膜,并对成膜条件进行优化,对膜的性能结果进行评价。分为以下三部分来完成:
(1)无机-有机复合膜的制备和工艺优化
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