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掺杂纳米ZnO改性PVDF超滤膜的制备及特性研究

作　者: 何杨
导　师: 洪俊明
学　校: 华侨大学
专　业: 环境工程
关键词: 聚偏氟乙烯 纳米ZnO 聚甲基丙烯酸甲酯 超滤膜 改性
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜具有优异的化学、热力学稳定性和机械性能。由于PVDF的强疏水性，PVDF超滤膜的通量低，容易造成严重的膜污染。纳米ZnO具有良好的亲水性和优异的光催化活性，在光的照射下，能够催化降解有机污染物。本文将纳米ZnO掺杂到PVDF超滤膜中，制备出抗污染能力较强和机械强度较好的改性超滤膜。当铸膜液中PVDF浓度从13wt.%增大到23wt.%时，PVDF膜平均孔径和孔隙率都随着PVDF浓度的增加而下降。纯水通量从4.2410-5m3·m-2·s-1减小到4.8610-6m3·m-2·s-1，BSA截留率从18.15%增大到76.27%。随着铸膜液中纳米ZnO含量从0wt.%增大到1wt.%，PVDF微滤膜表面的亲水性得到了增强，膜表面纯水接触角从82.33°降低到70.06°。纯水通量随纳米ZnO含量的增加先增大后减小，在纳米ZnO含量为0.005wt.%时达到最大（1.26×10-4m3·m-2·s-1）。当纳米ZnO含量为0.005wt.%时，PVDF微滤膜阻力最小（1.15×1013m-1）。当纳米ZnO含量从0wt.%增大到0.01wt.%时，膜拉伸强度从1.30×106Pa增大到2.92×106Pa，断裂伸长率从35.7%增大到210.6%。当铸膜液中纳米ZnO含量从0wt.%增大到1.5wt.%，PVDF超滤膜表面纯水接触角从70.25°降低到63.21°。当纳米ZnO含量从0.001wt.%增大到1.5wt.%时，超滤膜纯水通量从1.10×10-5m3·m-2·s-1增大到4.09×10-5m3·m-2·s-1，截留率从54.22%增大到96.38%。当纳米ZnO含量从0wt.%增大到1wt.%时，膜的光催化自洁效率从63.31%增大到94.86%；膜机械强度随纳米ZnO含量的增加先增大后减小。拉伸强度在纳米ZnO含量为0.1wt.%时达到最大（2.16MPa），断裂伸长率在纳米ZnO含量为0.01wt.%时达到最大（40.83%）。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）具有较强的亲水性，并且与PVDF相容性好。通过共混ZnO-PMMA/PVDF，制备出亲水性好、抗污染能力强和机械强度高的改性超滤膜。通过共混PMMA制备ZnO-PMMA/PVDF共混超滤膜，并与PMMA/PVDF共混超滤膜进行对比研究。亲水性PMMA与PVDF共混，能够明显提高PVDF超滤膜表面的亲水性和表面能。随着聚合物中PMMA含量从0wt.%增大到20wt.%，ZnO-PMMA/PVDF膜表面纯水接触角从78.18°降低到67.24°，膜表面能从38.49mJ·m-2增大到43.07mJ·m-2。ZnO-PMMA/PVDF共混超滤膜的纯水通量大于PMMA/PVDF共混超滤膜。当PMMA含量为5wt.%时，进行5次紫外光照后，ZnO-PMMA/PVDF超滤膜的光催化自洁效率达到91.4%。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 膜分离技术  10
  1.2 超滤技术  10-11
  1.3 聚偏氟乙烯（PVDF）的特性  11
  1.4 PVDF 超滤膜的改性研究  11-15
    1.4.1 表面涂覆改性  12
    1.4.2 共混改性  12-14
    1.4.3 掺杂无机纳米材料改性  14-15
  1.5 课题的意义及研究内容  15-18
    1.5.1 课题的意义  15-16
    1.5.2 课题的研究内容  16-18
第2章 PVDF 超滤膜的制备和表征  18-28
  2.1 实验仪器  18-19
  2.2 实验材料  19
  2.3 膜的制备  19-20
  2.4 PVDF 超滤膜的性能测试和结构表征  20-28
    2.4.1 膜的性能测试  20-25
    2.4.2 PVDF 超滤膜的结构表征  25-26
    2.4.3 浊点相图研究  26-28
第3章 掺杂纳米氧化锌对 PVDF 微滤膜的影响  28-50
  3.1 聚合物浓度的影响  28-31
  3.2 掺杂纳米氧化锌对 PVDF 微滤膜的影响  31-47
    3.2.1 铸膜液粘度  32-33
    3.2.2 纯水接触角  33-34
    3.2.3 形貌分析  34-38
    3.2.4 孔径和孔隙率  38-39
    3.2.5 纯水通量、截留率和膜通量恢复率  39-42
    3.2.6 中水处理和膜阻力分析  42-45
    3.2.7 机械性能  45-46
    3.2.8 DSC  46-47
  3.3 小结  47-50
第4章 掺杂纳米氧化锌对 PVDF 超滤膜的影响  50-68
  4.1 亲水性、孔隙率和平均孔径  50-52
  4.2 纯水通量和截留率  52-53
  4.3 形貌分析  53-59
  4.4 中水处理  59-62
    4.4.1 COD 去除率  59-60
    4.4.2 光催化自洁性能  60-61
    4.4.3 膜阻力分析  61-62
  4.5 机械性能  62-63
  4.6 XRD 和 FTIR 分析  63-65
  4.7 DSC  65-66
  4.8 小结  66-68
第5章 ZnO-PVDF 共混 PMMA 超滤膜的研究  68-84
  5.1 浊点相图  68-69
  5.2 PMMA 含量对 ZnO-PMMA/PVDF 共混超滤膜的影响  69-79
    5.2.1 铸膜液粘度  70
    5.2.2 平均孔径和孔隙率  70-71
    5.2.3 接触角和表面极性能  71-73
    5.2.4 形貌分析  73-75
    5.2.5 纯水通量和 BSA 截留率  75-76
    5.2.6 光催化自洁效率  76
    5.2.7 机械性能  76-77
    5.2.8 TG  77-78
    5.2.9 FTIR  78-79
  5.3 PMMA/PVDF 与 ZnO-PMMA/PVDF 共混超滤膜的对比  79-83
  5.4 小结  83-84
第6章 结论与展望  84-86
  6.1 结论  84-85
  6.2 创新点  85
  6.3 展望  85-86
参考文献  86-92
致谢  92-94
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  94

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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
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