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双亲性纳米TiO_2复合体的制备及其在聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜中的应用研究

作　者: 曹江
导　师: 湛含辉
学　校: 湖南工业大学
专　业: 材料学
关键词: 双亲性 纳米TiO2 PVDF 超滤膜 表面离析与富
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚偏氟乙烯（PVDF）是一种用于开发耐压型、高性能的水处理超滤膜的优选材料。本课题综合国内外PVDF超滤膜改性研究的基础上,从分子设计的原理出发,设计合成可同时提高PVDF超滤膜亲水性和压密性的双亲性纳米TiO2复合体,用于改性PVDF超滤膜,制备出高通量、耐污染、抗压实的PVDF杂化超滤膜。同时,对复合粒子杂化成膜及其改性机理进行探讨。本论文根据分子设计原理,设计了以纳米TiO2为核,硅烷偶联剂KH-570为疏水链,丙烯酸（AA）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚物为亲水链段的双亲性纳米TiO2复合体。并对合成工艺进行了研究,结果表明:硅烷偶联剂KH-570的用量为3wt.%（相对于纳米TiO2重量）,AA与MMA单体的总用量为60wt.%,AA与MMA单体的比例控制在4050%),引发剂的用量为0.8wt.%,单体与引发剂的以滴加添加方式,反应体系温度控制在80℃,此时,复合体单体接枝率可达80%,且表现出较好的亲水性能。而在复合粒子改性PVDF超滤膜的研究中,PVDF含量为20wt.%,PVP的添加量为3wt.%,双亲性复合粒子添加量为4wt.%,凝胶液为纯水,凝胶温度控制在2025℃,复合膜的亲水性、压密性、抗污染性得到显著提高,膜通量可达到90mL.cm-2.h-1。利用浸入凝胶相分离法制备PVDF超滤膜,通过分析浊点相图分析,铸膜液起始临界点低时,体系发生双节线液-液瞬间相分离,表面形成致密的多孔层,孔径分布在50100nm之间,膜内部形成贯穿的指状以及空腔型孔隙。最后,本论文对双亲性纳米TiO2复合体改性机理进行了研究探讨,提出了改性物理模型。改性的纳米粒子由于表面疏水链作用,可稳定分散在PVDF超滤膜表面和内部;分散在膜内的粒子形成“海岛”结构,起到增强膜压密性的效果;而分散在膜表面的纳米粒子,可提高膜表面的粗糙度,强化膜的亲水性能。另外,粒子表面接枝的高分子亲水链在凝胶过程发生表面离析与富集,可显著改性膜亲水性和抗污染能力,提高膜通量。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 膜分离技术发展概要  9-17
    1.1.1 膜分离技术  9-13
    1.1.2 膜材料  13-15
    1.1.3 聚合物分离膜结构及制备方法  15-16
    1.1.4 膜技术在水处理领域的应用存在的问题  16-17
  1.2 PVDF 超滤膜的研究现状  17-19
    1.2.1 PVDF 的结构与性质  17
    1.2.2 PVDF 超滤膜的改性研究进展  17-19
  1.3 本课题的选题背景与意义、课题内容  19-21
    1.3.1 选题背景与意义  19
    1.3.2 课题内容  19-21
第二章 双亲性PAA-PMMA-纳米TiO_2粒子复合体的制备与表征  21-38
  2.1 硅烷偶联剂KH-570 改性纳米TiO_2 粒子  21-28
    2.1.1 实验部分  21-23
    2.1.2 结果与讨论  23-27
    2.1.3 小结  27-28
  2.2 乳液聚合法合成PAA-PMMA-纳米TiO_2 粒子复合体  28-35
    2.2.1 实验部分  28-29
    2.2.2 结果与讨论  29-35
  2.3 乳液聚合法制备双亲性PAA-PMMA-纳米TiO_2 复合粒子机理  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 双亲性PAA-PMMA-纳米TiO_2复合体改性PVDF 超滤膜  38-57
  3.1 实验部分  38-41
    3.1.1 实验药品与仪器  38-39
    3.1.2 PVDF 复合超滤膜的制备  39
    3.1.3 膜性能评价  39-41
  3.2 结果与讨论  41-55
    3.2.1 成膜工艺的对膜结构与性能的影响  41-48
    3.2.2 双亲性纳米TiO_2 复合粒子对PVDF 膜结构与性能的影响  48-55
  3.3 本章小结  55-57
第四章 双亲性PAA-PMMA-纳米TiO_2复合粒子杂化PVDF超滤膜凝胶成膜及改性机理研究  57-67
  4.1 PVDF 超滤膜浸入凝胶相转化法成膜机理  57-62
    4.1.1 热力学分相过程  58-59
    4.1.2 动力学分相过程  59-60
    4.1.3 浊点相图分析  60-62
  4.2 复合粒子改性PVDF 超滤膜机理  62-65
    4.2.1 红外衰减全反射（ART）分析  62-63
    4.2.2 改性机理探讨  63-65
  4.3 本章小结  65-67
第五章 结论与展望  67-69
  5.1 结论  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-76
附录  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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