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银粒子修饰聚砜超滤膜的制备研究

作　者: 张芯
导　师: 史宝利
学　校: 东北林业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 超滤膜聚砜银粒子中空纤维膜抗污染
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前,超滤膜的应用十分广泛,已成为新型化工单元操作之一。关于超滤膜的抗菌抗污染性能的研究已经成为人们关注的一个焦点。银具有天然的杀菌性能,如果能够将银粒子引入到超滤膜中,将会得到同时具有分离、杀菌功能的新型超滤膜。本论文以聚砜(PSF)为原材料,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为混合溶剂,不同相对分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成孔剂,采用浸没沉淀相转化法制备聚砜平板超滤膜。系统地研究了成孔剂的分子量、制膜液各组分浓度、成膜工艺参数对超滤膜性能的影响。研究发现,在0.1MPa下,随着成孔剂相对分子量的增加,超滤膜的水通量与截留率都先增加后减小。当采用PVP K30为成孔剂时,分离性能达到最佳,其水通量为178L·m-2·h-1,对68kDa的牛血清蛋白(BSA)溶液的截留率达到了91%。在此基础上,利用DMF为还原剂在液相中还原硝酸银(AgNO3)得到了银粒子,并成功制备出含银粒子的聚砜平板超滤膜。与未进行银粒子修饰的聚砜超滤膜相比,所制的Ag/PSF超滤膜在相同的测试条件下,膜的水通量略有下降,而截留率有一定增加,且膜的断裂强度也增强了约38%-48%。同时,添加PVP K30的膜性能较优异,水通量为159L·m-2·h-1,截留率达94%。定性抗菌实验发现,Ag/PSF超滤膜对大肠杆菌有了明显的抗菌性能,而PSF超滤膜不具备抗菌性。根据以上平板膜的研究结果,我们进一步制备出了含银粒子的Ag/PSF中空纤维超滤膜,并分别研究了致孔剂含量、干纺程、内芯液的组成及外凝固浴的温度对膜性能的影响。实验发现,以上这些中空纤维超滤膜的制备工艺参数对膜的分离性能有不同程度的影响。随着干纺程距离的增加,水通量先下降后上升,截留率逐渐下降。而随着外凝固浴温度的升高,水通量和截留率都先升高后降低。根据以上实验结果,确定出的最佳纺丝工艺参数为：PSF浓度为20%,致孔剂PVP K30的含量为8%,AgNO3的加入量为0.5%,其余为溶剂NMP,干纺程为1cm,环境温度为20℃,控制外凝固浴温度为40℃的纯水溶液,制备出的Ag/PSF中空纤维超滤膜综合性能较好,断裂强度为6.6Mpa。在0.1Mpa的测试条件下,Ag/PSF中空纤维超滤膜的纯水通量为92.1L·m-2·h-1,截留率达到91.8%。本文的研究内容对于开发用浸没沉淀相转化法制备具有杀菌、抗污染性能的新型超滤膜将具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 引言  9
  1.2 超滤技术概述及应用  9-12
    1.2.1 超滤技术的发展概况  9-10
    1.2.2 超滤膜的应用  10-12
  1.3 超滤膜的制备方法、成膜原理、分离性能和成膜材料  12-16
    1.3.1 超滤膜的制备方法  12-14
    1.3.2 超滤膜的成膜原理和分离性能  14-15
    1.3.3 超滤膜的成膜材料  15-16
  1.4 超滤膜的污染  16-17
  1.5 超滤膜的抗污染研究方法  17-18
  1.6 银粒子的研究与应用  18-21
    1.6.1 银粒子的应用  18-19
    1.6.2 银粒子的制备  19-21
  1.7 课题的提出  21-23
2 聚砜平板超滤膜的制备研究  23-32
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-27
    2.2.1 实验用材料、试剂及仪器  23-24
    2.2.2 聚砜超滤膜的制备  24
    2.2.3 超滤膜性能的表征  24-27
  2.3 结果与讨论  27-31
    2.3.1 聚砜浓度的选择  27-28
    2.3.2 放置时间对膜性能的影响  28-29
    2.3.3 致孔剂对膜性能的影响  29-31
  2.4 本章小结  31-32
3 银粒子修饰的平板超滤膜的制备  32-42
  3.1 实验部分  32-33
    3.1.1 实验用材料、试剂及实验仪器  32
    3.1.2 银粒子修饰的聚砜超滤膜的制备  32
    3.1.3 Ag/PSF超滤膜性能的表征  32
    3.1.4 Ag/PSF超滤膜的抗菌性能测试  32-33
  3.2 结果与讨论  33-40
    3.2.1 银溶胶的UV-Vis吸收光谱  33-34
    3.2.2 Ag/PSF超滤膜的性能  34-35
    3.2.3 超滤膜的形貌表征  35-39
    3.2.4 抗菌性能测试  39-40
  3.3 本章小结  40-42
4 Ag/PSF中空纤维超滤膜的制备研究  42-51
  4.1 前言  42-43
  4.2 实验部分  43-44
    4.2.1 实验用材料、试剂及仪器  43
    4.2.2 Ag/PSF中空纤维超滤膜膜的制备  43-44
    4.2.3 Ag/PSF中空纤维超滤膜性能测试  44
  4.3 结果与讨论  44-49
    4.3.1 致孔剂的加入量对膜性能的影响  44-45
    4.3.2 内芯液对膜性能的影响  45-46
    4.3.3 干纺程对膜性能的影响  46-47
    4.3.4 凝固浴温度的影响  47-49
  4.4 本章小结  49-51
结论  51-52
参考文献  52-57
攻读学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58-59

银粒子修饰聚砜超滤膜的制备研究

内容摘要

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