表面接枝改性制備新型高分子膜材料的研究.pdf

1、隨著能源和水資源日益緊缺、環(huán)境污染的加劇，水處理成為了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的重要課題。而在已報(bào)道的諸多水處理工藝中，膜法不需要化學(xué)添加劑、能耗較小、處理量大、再生簡單，優(yōu)勢明顯。實(shí)際應(yīng)用中，膜法水處理又以高分子膜材料的應(yīng)用為主。由于膜材料的性能直接決定了膜的應(yīng)用效果，故而高分子膜材料的開發(fā)是項(xiàng)極其重要的工作。而單一的膜材料往往很難兼具良好成膜性、穩(wěn)定性、功能性和成本效益等，一般采用物理或化學(xué)的方法來提高膜的性能以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。在眾多

2、高分子膜材料改性方法中，表面接枝改性易于操作、經(jīng)濟(jì)可行、穩(wěn)定性好，被廣泛應(yīng)用。
　　本文針對水處理應(yīng)用中普通單一電紡納米纖維膜一般疏水性較強(qiáng)且缺少有用的功能性基團(tuán)、界面聚合的荷正電納濾膜分離層與支撐層結(jié)合強(qiáng)度低溶脹后易剝離乃至脫落且其制備工藝通常比較復(fù)雜的問題，基于表面接枝聚合和聚多巴胺輔助的表面接枝的方法，探索構(gòu)建親水化、功能化及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且制備工藝簡單的新型高分子膜材料。本文的研究工作主要包括以下三個(gè)部分：
　　第一部分，

3、提出了一種新型表面接枝聚合改性親水性聚氯乙烯（PVC）微/納米纖維膜的制備方法。首先探索了PVC微/納米纖維膜的靜電紡絲工藝，然后電紡制備PVC微/納米纖維膜，并以之為基體通過表面接枝聚合法接枝了N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）/丙烯酰胺（AM）等親水性烯烴類單體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PVC微/納米纖維膜的水接觸角從137±0.5°均降到了60°左右，親水性大為改善且力學(xué)性能能較好地保持，從而解決了疏水PVC微/

4、納米纖維膜作為過濾材料在處理水基體系時(shí)壓降大、通量小及膜易被污染的問題。
　　第二部分，通過聚多巴胺（PDA）輔助接枝的方法制備了一種新型PVC@PDA-PEI膜吸附材料，開發(fā)出了一種簡單通用的氨基接枝改性納米纖維膜的制備方法。利用多巴胺自聚強(qiáng)粘附特性及聚多巴胺的親水性、二次反應(yīng)活性，在電紡PVC納米纖維膜表面包覆一層PDA進(jìn)行多氨基功能小分子PEI的接枝，并以Cu2+作為目標(biāo)污染物系統(tǒng)考察了PVC@PDA-PEI膜對水中重金屬離

5、子的吸附性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PVC@PDA-PEI膜對Cu2+有強(qiáng)烈的絡(luò)合作用，其吸附符合朗繆爾吸附模型且最大吸附量可達(dá)33.59 mg·g-1，是未改性的兩倍之多。三次吸附脫附循環(huán)后PVC@PDA-PEI膜對Cu2+的去除率僅下降了4.7％，有較好的再生性能。通過進(jìn)一步研究其吸附機(jī)理發(fā)現(xiàn)，PEI通過邁克爾加成反應(yīng)接枝后并沒有破壞多巴胺原有的兒茶酚結(jié)構(gòu)，并且引入大量氨基可以絡(luò)合Cu2+，使得膜的Cu2+吸附性能大大提升。這種方法破解了PVC

6、納米纖維不具有反應(yīng)活性位點(diǎn)難以進(jìn)行氨基接枝等功能化改性的難題，為納米纖維膜的功能化改性提供了新思路。
　　第三部分，基于聚多巴胺輔助表面接枝改性技術(shù)提出了一種制備表面化學(xué)、拓?fù)湫蚊埠头蛛x性能可控的荷正電納濾膜的新方法。通過改變聚酰胺胺樹形大分子（PAMAM）代數(shù)，可以調(diào)控膜表面的荷電性、親水性、粗糙度和表觀形貌及分離性能。當(dāng)PAMAM代數(shù)從G0增加到G2時(shí)，膜表面的zeta電位從1.68±0.69 mV增加到9.32±0.73 m

7、V，WCA從52.2±0.7o降低至49.6±0.4o，Ra從8.85 nm減小到3.87 nm。SEM表征表明，PAMAM接枝層可以牢固地附著在PES基質(zhì)上，PAMAM G2接枝后PES/PDA-PAMAM膜表面相對比較光滑。故當(dāng)PAMAM代數(shù)從G0增加到G2時(shí)，PES/PDA-PAMAM膜對MgCl2的截留率從83.67%增加到93.15%。此外，長期試驗(yàn)表明PES/PDA-PAMAM膜有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗污染性能。該方法可以作為