OP-10改性PVDF超滤膜的制备及性能研究

发布时间：2020-09-14 16:47

　　聚偏氟乙烯(PVDF)是一种兼具氟树脂和通用树脂特性的高分子有机聚合物。以其优良的耐温、耐氧、耐侯、耐辐射、耐化学腐蚀和易成膜等特性而倍受青睐。但PVDF表面自由能低,制备出来的分离膜表面疏水性较高,在分离膜应用过程中,易受到污染从而使膜的水通量下降。对膜材料进行改性,增强分离膜的亲水性是解决膜污染问题的有效途径。为提高PVDF超滤膜的亲水性,增强其水通量,从而改善膜的抗污染能力,实验利用具有极强亲水性的非离子型表面活性剂OP-10与PVDF溶液共混,采用相转化法流延成膜,制备OP-10改性PVDF高分子板式超滤膜。通过杯式超滤装置考察表活剂OP-10的含量对改性膜水通量、截留率、孔隙率等性能的影响;利用W-56强度测定仪对膜拉伸强度和断裂伸张率进行测量;采用接触角测定仪测得膜与纯水的接触角用以表征膜的亲水性的变化;使用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)分析了OP-10组分加入对PVDF晶型的影响;应用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了膜的表面孔分布及断面结构和表面粗糙程度。结果表明,表面活性剂OP-10的加入没有改变有机膜的微观结构,改性膜在保持了PVDF超滤膜原有特性的基础上,纯水通量最高增加368.2%,改性膜PVDF5的纯水接触角由改性前的83.52°降至54.67°,亲水性明显提高,孔隙率增加9.28%,改性膜韧性略有提高。改性膜中OP-10的加入量w(OP-10)为1.67%时,膜的性能最好,改性效果最佳。OP-10的加入在改善改性膜的通量和亲水性的同时,使其截留率和机械强度都稍有下降。为改进添加OP-10改性效果不足之处,在此基础上添加纳米氧化铝(Al2O3)、纳米二氧化硅(SiO2)和纳米二氧化钛(TiO2),同样采取相转化法方法制备表面活性剂和纳米金属粒子共同改性PVDF膜。实验表明:三种纳米金属粒子的添加都不同程度的提高了改性膜的水通量;其中纳米氧化铝粒子的添加与OP-10共同改性的效果最好,PVDF8的纯水通量增加至1410.96 L·m-2·h-1,接触角降至53.14o,截留率提高至97.6%,机械拉伸强度20.5123N,断裂伸长率7.18%,有效的弥补了因添加表面活性剂OP-10所导致机械强度和截留率的缺陷。为考察改性膜的抗污染能力,实验采用管式改性膜对油田含油污水进行超滤,并对污染膜进行清洗,结果表明:经超滤膜处理的水中油类含量均小于0.6mg/L,TOC(Total Organic Carbon)去除率均超过95%,COD(Chemical Oxygen Demand)和浊度的去除率均在90%以上,固体悬浮物含量小于0.5mg/L且固体颗粒的粒径中值小于2μm。改性膜的出水指标均高于未改性膜,并且出水的水质达到了油田回注水标准。为考察污染膜经清洗后的通量恢复情况,实验采取几种不同类型的化学药剂对膜进行清洗。实验表明:碱性药剂对膜的清洗效果最好,膜的通量恢复最明显,其中以含量为2%的十二烷基苯磺酸钠溶液的清洗能力最优,PVDF8膜的通量恢复率达95.7%。表面活性剂OP-10和纳米金属粒子共同对PVDF膜改性效果明显,大幅度提高了改性膜的亲水性,提高了PVDF膜的抗污染能力。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ051.893

【共引文献】