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无机粉体改性PVDF超滤膜制备及膜污染机理的研究

作　者: 赫明佳
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: PVDF 超滤膜 共混 膜污染 无机粉体
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 164次
引　用: 3次
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内容摘要


本实验选择聚偏氟乙烯（PVDF）为膜材料,进行PVDF超滤膜的研制及其性能研究。用三种纳米无机粉体材料（TiO2,Al2O3,SiO2）对超滤膜进行共混改性,比较改性前后的超滤膜抗蛋白质污染的效果。用反相气相色谱（IGC）测定纳米无机粉体、PVDF以及蛋白质（BSA）的表面性质,并用表面张力组成理论分析超滤膜的抗污染机理。实验采用相转化法制膜,首先研究了溶剂选择、聚合物浓度、预蒸发时间、凝固浴温度、纳米无机粉体的含量等条件对膜性能的影响,确定了适宜的制膜条件,即溶剂为二甲基乙酰胺（DMAc）,聚合物浓度为17wt.%,纳米无机粉体含量为0.05g,预蒸发时间为5s,凝固浴温度为10℃。用扫描电镜（SEM）分析超滤膜结构的变化,发现无机粉体添加并没有明显影响到超滤膜的结构。通过纯水通量衰减的大小,衡量超滤膜抗蛋白质污染能力,发现共混超滤膜与纯PVDF超滤膜的抗蛋白质污染能力从大到小依次为PVDF+TiO2＞PVDF+Al2O3＞PVDF+SiO2＞纯PVDF。利用表面张力组成理论来分析材料与蛋白质间的分子间作用,从构成表面张力的范德华作用（LW）和酸碱作用（AB）两方面进行研究。结果表明:对于LW作用,LW作用力越小,材料越容易被污染。PVDF与BSA之间的LW作用力明显小于无机粉体与BSA之间的LW作用力,添加无机粉体的共混超滤膜增强了与BSA之间的LW作用力,提高了超滤膜抗蛋白质污染的能力。理论计算的规律性也与上述蛋白质污染实验的结果完全符合,材料与BSA之间的LW作用力规律为rLW（TiO2-BSA）＞rLW（Al2O3-BSA）＞rLW（SiO2-BSA）＞rLW（PVDF-BSA）。对于AB作用,相互作用参数(Isp)越大,材料越容易被污染。三种纳米无机材料与BSA的Isp有以下规律:Isp（TiO2-BSA）＜Isp（Al2O3-BSA）＜Isp（SiO2-BSA）,可以解释膜污染实验中共混超滤膜的实验结果。PVDF与BSA的Isp比无机粉体材料与BSA的Isp略小,但从表面张力组成理论的整体角度来研究分子间的作用,还要考虑LW作用力的贡献综合分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-19
  1.1 超滤技术介绍  8-14
    1.1.1 超滤技术发展背景  8-9
    1.1.2 超滤过程原理  9
    1.1.3 超滤膜分类  9-10
    1.1.4 超滤膜材料  10-12
    1.1.5 超滤膜的主要应用领域  12-13
    1.1.6 聚合物超滤膜的主要制备方法  13-14
  1.2 膜污染  14-18
    1.2.1 超滤过程的浓差极化  14-15
    1.2.2 超滤膜的污染  15
    1.2.3 研制抗污染膜的主要方法  15-17
    1.2.4 膜污染机理研究现状  17-18
  1.3 本论文的研究内容  18-19
2 PVDF超滤膜制备与抗污染性能研究  19-28
  2.1 实验部分  19-21
    2.1.1 实验原料  19
    2.1.2 实验设备  19
    2.1.3 测试装置流程  19-20
    2.1.4 膜的制备  20
    2.1.5 膜性能的测试  20-21
    2.1.6 膜结构的测试  21
  2.2 PVDF超滤膜的研制  21-25
    2.2.1 溶剂对膜性能的影响  21-22
    2.2.2 聚合物含量对膜性能的影响  22-23
    2.2.3 凝固浴温度对膜性能的影响  23
    2.2.4 预蒸发时间对膜性能的影响  23-24
    2.2.5 共混超滤膜无机粉体用量对膜性能的影响  24-25
  2.3 PVDF超滤膜与无机粉体共混超滤膜抗污染性能比较  25
  2.4 超滤膜微观结构表征  25-26
  2.5 本章小结  26-28
3 表面张力组成理论分析膜污染机理  28-52
  3.1 实验部分  28-32
    3.1.1 实验原理  28-30
    3.1.2 实验原料  30-31
    3.1.3 实验仪器  31
    3.1.4 实验方法及条件  31-32
  3.2 IGC测定材料的表面性质  32-49
    3.2.1 IGC测定无机粉体的表面性质  32-40
    3.2.2 IGC测定BSA的表面性质  40-44
    3.2.3 IGC测定PVDF的表面性质  44-49
  3.3 制膜材料与BSA分子间的相互作用  49-51
    3.3.1 LW作用对蛋白质吸附的影响  50
    3.3.2 AB作用对蛋白质吸附的影响  50-51
  3.4 本章小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62-63

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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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