亲水成分对聚合物/溶剂体系相图和分相动力学的影响研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文献综述

1、课题背景

1.1PVDF膜介绍

膜分离技术是21世纪具有广阔前景的一项高新技术。膜分离技术主导着未来化工业的命脉[1],这已是国内外学术界的广泛共识。与传统的分离过程如过滤、筛分、精馏、萃取、蒸发、重结晶、升华、脱色、浸取、吸附、离子交换等相比,膜分离具有适应性强、选择性好、制备工艺简单、节约能耗、无相变、无二次污染等特点。为了进一步提高膜的使用寿命、优化生产成本、扩展应用范围,对提高分离膜性能的需求不断被提出。并且还有各种各样新的性能要求,如节约成本、提高稳定性、增强抗药性、提升抗热性、具有更强的抗溶剂能力和抗污染能力等性质。种种新的挑战迫使我们不断地研究新的制膜材料和开发新的制膜工艺[2]。

近些年来,以聚偏氟乙烯(PVDF)为主材料制备超滤膜倍受关注,PVDF材料具有机械性能优良、化学性能稳定、抗酸碱腐蚀、制备工艺简单、成本较低等诸多优点[3]。但由于PVDF表面能低,制备出来的分离膜亲水性差,在水处理过程中,尤其是在含油废水处理中比较容易受污染[4.5],从而降低了产水量、增加了清洗难度、缩短了膜的寿命。

然而,膜污染问题是制约膜技术发展的难题之一[6]。膜污染导致通量下降,分离效果降低,使用寿命缩短[7]。膜清洗可以有效的缓解膜污染,降低膜技术应用成本[8]。有研究表明:膜的清洗和更换占运行成本的50%,占整个超滤系统总成本的30%[9]。膜清洗方法主要分物理方法和化学方法[10]。物理方法主要有:曝气清洗[11]、水力清洗[12]、海绵球清洗[13]、超声清洗[14]等;化学方法是根据膜的污染程度进行选择,污染较轻的膜采用低质量浓度氧化剂清洗,污染严重的膜采用加入酸、碱或氧化剂浸泡清洗,且膜清洗的效果受到很多因素的影响,如:清洗剂质量浓度、清洗时间、温度等[13-15]。

PVDF膜即聚偏二氟乙烯膜,是蛋白质印迹法中常用的一种固相支持物。PVDF膜是疏水性的,膜孔径有大有小,随着膜孔径的不断减小,膜对低分子量的蛋白结合就越牢固。大于20000的蛋白选用0.45μm的膜,小于20000的蛋白选用0.2μm的膜。PVDF膜在使用时须预处理,用甲醇处理的目的是活化膜上的正电基团,使其更容易与带负电的蛋白结合。PVDF膜具有较高的机械强度,是印迹法中的理想固相支持物材料。水处理用PVDF膜,分为超滤膜和微滤膜两种,主要用于污水、海水淡化等的前处理,清除大分子、细菌、泥沙等杂质;户外建筑用PVDF膜,主要用户户外建筑的玻璃、外墙、户外广告牌等的保护,主要是耐老化和耐磨功能。

1.2PVDF膜表面改性

1.2.1膜表面物理改性

膜表面的物理改性是通过引入氢键、交联等接枝方式在膜表面引入大量亲水性集团[2]。但PVDF膜表面改性只是对膜表面层的孔隙结构分布及亲水性进行改善,容易受一些不确定因素对膜表面粘接性和生物相容性的影响,常存在制备的亲水皮层易脱落、改性效果持久性差等问题。林汉阳等采用液相转移法制成PVDF超疏水性超滤膜,用低分子二醇类聚合物PG对膜浸泡,在表面形成乳突状结构,通过PG的浓度控制膜接触角、滚动角、膜湿润性能等,有效地改善了PVDF膜的表面性能。Akthakul等用O2等离子体辐照PVDF膜表面进行光刻腐蚀,并用聚合磷脂系列涂料涂覆PVDF膜表面。蛋白质微滤实验表明,相同时间内膜通量的下降量减缓8.6倍,表明改性后膜的抗污染性能明显提高。在PVDF超滤膜表面涂覆自制的聚甲基丙烯酸氧乙烯酯(POEM),含有亲水性乙烯基氧(EO)的POEM在膜表面大量聚集形成复合超滤膜,改性的各项性能大幅改善且不产生污染。

1.2.2膜表面化学改性

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