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聚丙烯膜表面可控改性及光催化膜反应器的研究

作　者: 周瑾
导　师: 宇海银
学　校: 安徽师范大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 可逆加成-断裂链转移丙烯酸-2-羟基乙酯聚丙烯膜表面改性氧化锌纳米粒子光催化膜反应器
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚丙烯微孔膜在工业上的应用非常广泛,是一种很重要的工业膜材料,但是表面亲水性差导致膜易被污染,而表面改性可以很好地改善膜的抗污染性,对制备预期性能的膜具有非常重要的意义。改性后的膜具有很好的渗透性和抗污染性,可以作为光催化剂的载体,同时充当分离膜的角色,因此还可以用于光催化膜反应器中,对水处理工业有很大的贡献。文中主要是用二硫代苯甲酸苄酯(benzyl dithiobenzoate,BDTB)做链转移剂,紫外光照引发,通过三步反应在聚丙烯微孔膜(PPMM)表面接枝丙烯酸-2-羟基乙酯(2-hydroxylethyl acrylate,HEA),研究了各反应条件对接枝度(degree of grafting,DG)的影响及改性膜的性能。第一步将光敏剂二苯甲酮(benzophenone,BP)固定到膜表面;第二步通过紫外光照引发将HEA接枝到膜表面;第三步在第二步光照结束后置于55℃水浴中保温反应或是用偶氮二异丁腈(azodiisobutyronitrile,AIBN)做引发剂进行前段嵌段接枝聚合。之后,在改性膜的表面负载了自制的氧化锌纳米粒子,并设计了光催化膜反应器(PMRs),研究了传统光催化反应器与PMRs对甲基橙的光催化降解反应。研究结果表明PHEA的DG随紫外光照时间和单体浓度的增加而增加,第三步保温反应中,在不另加引发剂的情况下DG仍随反应时间的延长而增加,而且加链转移剂比不加链转移剂增加的更多;在用AIBN引发时DG也是随反应时间的延长而增加。改性膜的纯水通量随DG的增加而增大,之后又降低,对蛋白质溶液的通量及水洗后的通量回复率也满足这一规律,但是对蛋白质溶液的截留率却是相反的规律。文中制备的氧化锌纳米粒子(zinc oxide nanoparticles,ZnO NPs)在紫外光和太阳光下都具有很高的光催化活性(紫外光照30 min和太阳光照40 min时甲基橙几乎降解完全);使用PMRs的降解效率虽然降低很多(最高约为74.3 %,紫外光照6 h),但循环使用效果很好,第五次重复使用时对甲基橙的效降解率也能达到55%(紫外光照6 h)。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
前言  11-12
第一章文献综述  12-25
  1.1 引言  12-13
  1.2 光催化反应  13-19
    1.2.1 光催化氧化反应的机理  13-15
    1.2.2 光催化剂  15
    1.2.3 光催化反应过程的影响因素  15-19
      1.2.3.1 反应器的设计  15-16
      1.2.3.2 照射光的波长  16
      1.2.3.3 光强度  16-17
      1.2.3.4 光催化剂的用量  17
      1.2.3.5 反应物的初始浓度  17-18
      1.2.3.6 温度  18
      1.2.3.7 pH  18-19
      1.2.3.8 含氧量  19
      1.2.3.9 溶液中的离子  19
  1.3 膜过滤过程  19-21
  1.4 光催化膜反应器  21-25
    1.4.1 光催化膜反应器的分类  21-23
      1.4.1.1 悬浮式光催化膜反应器  21-22
      1.4.1.2 负载型光催化膜反应器  22-23
      1.4.1.3 嵌入型光催化膜反应器  23
    1.4.2 PMRs 的构造与设计  23-24
    1.4.3 影响光催化膜反应器效率的因素  24-25
第二章实验  25-32
  2.1 仪器与试剂  25-26
    2.1.1 主要仪器  25
    2.1.2 主要试剂  25-26
  2.2 聚丙烯表面接枝聚合的反应  26-29
    2.2.1 聚丙烯微孔膜表面固定BP  26
    2.2.2 PPMM-BP 表面接枝HEA 的聚合反应  26-27
    2.2.3 AIBN 引发的PPMM-g-PHEA-CTA 表面接枝HEA  27
    2.2.4 改性膜的表征  27-28
      2.2.4.1 扫描电镜分析(SEM)  27-28
      2.2.4.2 X-射线光电子能谱分析  28
    2.2.5 膜抗污染性能测试  28-29
  2.3 膜表面负载氧化锌纳米粒子的反应  29-32
    2.3.1 氧化锌纳米粒子的合成  29
    2.3.2 固定ZnO NPs 的改性聚丙烯膜的制备  29
    2.3.3 氧化锌纳米粒子和固定了ZnO NPs 的改性膜的表征  29-30
      2.3.3.1 表面结构与形貌  29-30
      2.3.3.2 表面元素分析  30
    2.3.4 PMRs 的光催化性能  30-32
第三章聚丙烯微孔膜表面可控改性及其渗透性和抗蛋白质污染性能  32-45
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验及结果  33-43
    3.2.1 膜表面接枝HEA 的聚合反应  33-34
    3.2.2 第一步紫外光照时间对DG2 的影响  34-35
    3.2.3 紫外光照时间、单体和链转移剂的浓度对DG2 的影响  35-38
    3.2.4 膜表面的结构表征  38-40
    3.2.5 膜渗透性和抗污染性能研究  40-43
  本章小结  43-45
第四章改性膜表面固定氧化锌纳米粒子及光催化膜反应器  45-54
  4.1 引言  45-46
  4.2 结果与讨论  46-53
    4.2.1 表面形貌与结构  46-48
    4.2.2 膜表面元素变化  48-49
    4.2.3 PMRs 的光催化活性研究  49-53
  本章小结  53-54
第五章结论与展望  54-56
参考文献  56-72
附录：研究生期间发表论文及获奖情况  72-74
致谢  74

聚丙烯膜表面可控改性及光催化膜反应器的研究

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