学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Al_2O_3/PU/PVDF杂化膜的制备及其性能研究

作　者: 董浩
导　师: 肖凯军
学　校: 华南理工大学
专　业: 制糖工程
关键词: Al2O3/PU/PVDF杂化膜 聚偏氟乙烯（PVDF） 聚氨酯（PU） 功能化Al2O3纳米粒子 热致相变分离法
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


膜分离技术是一门用于物质分离、浓缩和提纯的经济、环保、高效的技术手段。聚偏氟乙烯（PVDF）是应用最广泛的膜分离材料之一，但是PVDF极强的疏水性使得PVDF膜在水过滤的过程中存在通量低、易污染等问题，以致限制了其在医药、食品等领域的应用。此外，PVDF膜的较低强度特性亦限制了其应用范围。所以，PVDF膜亲水性的提高和机械性能的改善成为近年来研究的热点。聚氨酯（PU）是由多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇在一定条件下反应所形成的亲水性高分子聚合物，其不但具有一种立体网状结构，而且具有优良的力学性能，是一种用途越来越广泛的合成材料；而无机纳米材料具有强度高，化学稳定性好等优点。因此，将PU和无机组分引入PVDF基质中，制备兼具PU强亲水性和无机材料高强度的杂化膜可显著提高PVDF膜的性能。本文采用溶胶-凝胶法制备了功能化纳米Al2O3颗粒；以热致相变分离技术制备了Al2O3/PU/PVDF杂化膜，同时研究了PU以及无机组分对PVDF杂化膜微观结构与性能的影响规律。主要研究内容和结果摘要如下：一、PU/PVDF共混膜的制备及其性能研究采用热致相变分离法制备了PU/PVDF共混膜，利用表面接触角测定仪、FT-IR、AFM、DSC等手段研究了PU的添加对共混膜结构和性能的影响，通过单因素实验优化了共混膜的加工工艺。研究结果表明，PU/PVDF共混膜的较优加工条件为：添加方式为PU的双组分（预聚体A和催化助剂B）分别添加、PVDF添加量为16-18%、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）在溶剂中的比例为50%、PU添加量为2%；在此工艺下，共混膜的亲水性和渗透性能均达到较佳状态；红外光谱显示共混膜表面出现新的化学键，但其力学性能增幅不明显；AFM和DSC分析表明，共混膜的表面粗糙度降低和结晶度下降。二、Al2O3/PVDF杂化膜的制备及其结构表征利用异丙醇铝（AIP）为无机前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了纳米Al2O3/PVDF杂化膜，主要考察了无机材料对杂化膜性能的影响，试图另辟途径提升PVDF膜的力学性能。结果表明，Al2O3/PVDF杂化膜中PVDF的最佳添加量为18%、AIP的最佳添加量为12%。此时Al2O3/PVDF杂化膜的亲水性和力学性能均达到最优。FT-IR显示AIP的添加改变了PVDF分子的应力分布，从而导致PVDF的α晶形吸收峰减弱、β晶形吸收峰增强；另外，掺杂Al2O3后，两者之间存在一定程度的键合。AFM观察发现杂化膜的表面粗糙度降低。三、功能化纳米Al2O3溶胶的制备以AIP为无机前驱体，PU为偶联剂，采用溶胶-凝胶法制备了稳定、透明的功能纳米Al2O3溶胶。为了获得稳定的溶胶，主要考察了凝胶制备工艺过程中的水解温度、水铝比、酸解剂、酸种类以及陈化温度和时间等因素对溶胶粒径和粘度等的影响。结果表明：制备稳定、透明功能纳米Al2O3溶胶的最佳工艺条件为水解温度：80℃；n（H2O）/n(Al3+)=105；n（H+）/n(Al3+)=0.24；酸解剂：HNO3；陈化温度：80℃；陈化时间：24h。FT-IR分析表明，溶胶粒子引入了亲水性基团羟基、碳碳双键和酮羰基。四、Al2O3/PU/PVDF杂化膜的制备及其特性研究将功能化纳米Al2O3溶胶添加于PVDF铸膜液中，制备了Al2O3/PU/PVDF杂化膜，采用SEM、FT-IR、AFM等方法对膜的显微形态和化学结构进行了研究。结果表明，Al2O3/PU/PVDF杂化膜无论在渗透性能、力学性能还是亲水性上均优于纯PVDF膜、PU/PVDF共混膜和Al2O3/PVDF杂化膜。FT-IR显示Al2O3/PU/PVDF杂化膜表面引入了羟基、醛基、羰基等基团，AFM显示Al2O3/PU/PVDF杂化膜的表面粗糙度为5nm，耐污染性能进一步提高。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 绪论  14-30
  1.1 膜分离技术  14-15
  1.2 膜分离技术的应用  15-20
    1.2.1 膜分离技术在食品工业中的应用  15-16
    1.2.2 膜分离技术在环保及水处理行业中的应用  16-17
    1.2.3 膜分离技术在化工行业中的应用  17-18
    1.2.4 膜分离技术在医药行业中的应用  18-19
    1.2.5 膜分离技术在生物工程中的应用  19
    1.2.6 膜分离技术发展方向  19-20
  1.3 膜分类及膜材料开发  20-24
    1.3.1 膜分类  20-21
    1.3.2 膜材料开发  21-24
  1.4 膜制备方法  24-25
    1.4.1 烧结法  24
    1.4.2 物理浸出法  24
    1.4.3 溶胶-凝胶法  24
    1.4.4 拉伸法  24-25
    1.4.5 相转化法  25
  1.5 PVDF 膜的改性  25-28
    1.5.1 表面改性  25-26
    1.5.2 基体改性  26-28
    1.5.3 有机/无机杂化改性  28
  1.6 本论文的研究背景和内容  28-30
    1.6.1 研究背景和意义  28-29
    1.6.2 主要研究内容  29-30
第二章 PU/PVDF 共混膜的制备及其性能研究  30-45
  2.1 实验材料和仪器设备  30-31
    2.1.1 主要实验材料  30-31
    2.1.2 主要实验仪器与设备  31
  2.2 实验方法  31-34
    2.2.1 PU/PVDF 共混膜的制备方法  31
    2.2.2 制备 PU/PVDF 共混膜的工艺流程  31-32
    2.2.3 膜性能和结构评价  32-34
  2.3 结果与分析  34-44
    2.3.1 PU 添加方式对 PU/PVDF 共混膜性能的影响  34-35
    2.3.2 PVDF 添加量对 PU/PVDF 共混膜性能的影响  35-36
    2.3.3 DMP 比例对 PU/PVDF 共混膜性能的影响  36-37
    2.3.4 PU 含量对 PU/PVDF 共混膜性能的影响  37-39
    2.3.5 PU/PVDF 共混膜的亲水性表征  39-40
    2.3.6 PU/PVDF 共混膜的力学性能表征  40
    2.3.7 FT-IR 分析  40-43
    2.3.8 AFM 分析  43
    2.3.9 DSC 表征  43-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章 氧化铝/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及其结构表征  45-55
  3.1 实验材料与仪器设备  45-46
    3.1.1 主要实验材料  45-46
    3.1.2 主要实验仪器与设备  46
  3.2 实验方法  46-48
    3.2.1 纳米 Al_2O_3/PVDF 杂化膜的制备  46-47
    3.2.2 纳米 Al_2O_3/PVDF 杂化膜制备工艺流程  47
    3.2.3 纳米 Al_2O_3/PVDF 杂化膜的性能和结构表征  47-48
  3.3 结果与分析  48-53
    3.3.1 PVDF 浓度对 Al_2O_3/PVDF 杂化膜结构的影响  48-49
    3.3.2 PVDF 浓度对 Al_2O_3/PVDF 杂化膜渗透性能的影响  49-50
    3.3.3 AIP 添加量对杂化膜亲水性能的影响  50-51
    3.3.4 AIP 添加量对杂化膜力学性能的影响  51-52
    3.3.5 AFM 分析  52
    3.3.6 FT-IR 分析  52-53
  3.4 本章小结  53-55
第四章 功能化纳米氧化铝溶胶的制备  55-65
  4.1 实验材料与仪器设备  55-56
    4.1.1 主要实验材料  55-56
    4.1.2 主要实验仪器与设备  56
  4.2 实验方法  56-57
    4.2.1 功能化纳米 Al_2O_3溶胶的制备  56
    4.2.2 制备功能化纳米 Al_2O_3溶胶的工艺流程  56
    4.2.3 溶胶的性质测定  56-57
  4.3 结果与分析  57-64
    4.3.1 水解温度对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  57
    4.3.2 n(H_2O)/n(Al~(3+))对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  57-58
    4.3.3 n(H~+)/n(Al~(3+))对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  58-59
    4.3.4 酸解剂对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  59-60
    4.3.5 陈化温度对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  60-62
    4.3.6 陈化时间对功能化纳米 Al_2O_3溶胶性能的影响  62-63
    4.3.7 FT-IR 分析  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 氧化铝/聚氨酯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及其特性研究  65-77
  5.1 实验材料与设备  65-66
    5.1.1 主要材料  65
    5.1.2 主要实验仪器与设备  65-66
  5.2 实验方法  66-67
    5.2.1 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的制备  66
    5.2.2 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的制备工艺流程  66-67
    5.2.3 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的性能和结构表征  67
  5.3 结果与分析  67-75
    5.3.1 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的渗透性能表征  67-68
    5.3.2 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的亲水性表征  68
    5.3.3 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的力学性能表征  68-69
    5.3.4 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的 SEM 结构分析  69-70
    5.3.5 FT-IR 分析  70-71
    5.3.6 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的 AFM 结构分析  71-73
    5.3.7 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的抗污染性能  73-75
    5.3.8 纳米 Al_2O_3/PU/PVDF 杂化膜的 DSC 分析  75
  5.4 本章小结  75-77
结论与展望  77-80
  结论  77-78
  展望  78-80
参考文献  80-89
攻读硕士学位期间取得的研究成果  89-91
致谢  91-92
附件  92

相似论文

  1. 无卤双膦酸酯类阻燃剂的合成与应用研究,TQ314.248
  2. 改性聚偏氟乙烯接枝共混聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸膜的研制,TP212
  3. MMA基两亲性高分子的合成及其对PVDF多孔膜改性的研究,O631.3
  4. 新型轻型输送带的研究与开发,F426.72
  5. 泡沫夹芯结构复合材料的吸波性能研究,TB34
  6. PVDF聚合物电解质膜电化学氢气传感器的研制,TP212.2
  7. 聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维污染膜的清洗研究,TB43
  8. 二氧化硅纳米颗粒对聚偏氟乙烯超滤膜的影响及机理研究,TQ320.721
  9. 316L不锈钢表面聚氨酯多孔涂层的制备及其生物性能研究,TG174.4
  10. 热致相分离法制备聚偏氟乙烯多孔膜,TQ320.721
  11. 聚氨酯PTC涂层的制备研究,TB33
  12. 激光辐照聚合物材料改性研究,TN249
  13. 热致相分离法制备聚偏氟乙烯平板微孔膜,TQ320.721
  14. 膜蒸馏过程优化及其在RO浓水处理中的应用,TQ028.8
  15. 碳纤维/聚偏氟乙烯高介电复合材料制备与性能研究,TB332
  16. PVDF/TPU共混中空纤维膜的制备及其在印染废水处理中的应用,X703
  17. PVDF/Al_2O_3杂化膜的制备及其性能研究,TB383.2
  18. 溶液相转化法制备PVDF微孔膜过程中的结构控制及其性能研究,TB43
  19. 笼型倍半硅氧烷的制备、表征及其在水性聚氨酯中的应用研究,O634.41
  20. 表面活性剂对PVDF平板超滤膜结构与性能的影响,TQ320.721

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工过程用机械与设备 > 物质分离机械 > 膜分离设备
© 2012 www.xueweilunwen.com