可用于油水分离的PVDF/MMT成膜机理及亲水改性研究

论文摘要

以聚偏氟乙烯（PVDF）为原料,无机层状材料蒙皂石（MMT）为添加剂,通过L-S相转化法研制成PVDF/MMT平板膜。考察了MMT质量分数在0% - 9%范围内对铸膜液粘度、膜孔隙率、孔径、水通量、PEG20000截留率等性能的影响,得到制膜最优条件为:PVDF:MMT: DMAC = 14:7 :79,溶剂挥发时间为1min。其最大水通量为94.32 L/m2h,油水混合物的截留率为68.5%。通过相图,研究考察了凝胶浴温度、溶剂、添加剂种类及含量对成膜过程的影响。结果表明,选择DMAC为溶剂、质量分数7%的蒙皂石、降低凝胶浴温度,更有利于结晶性聚合物发生结晶性固-液分相。对膜表面进行磺化接枝的实验,主要考察了氢氧化钾/乙醇溶液的浓度、处理时间、磺化剂中乙酸酐和浓硫酸的摩尔比关系对磺化效果的影响。实验结果表明,当氢氧化钾/乙醇溶液的浓度组成为0.15 g/mL,处理时间为150min、乙酸酐和浓硫酸的摩尔比为1.5:1时,膜的接触角降到49.56°,对油水混合物中油的截留率达到88.26%,水通量达到100.7 L/m2h。FT-IR谱图分析表明有磺酸基接枝到膜表面,DSC测试表明改性后膜的结晶度增加。改性后的膜强度增加,韧性降低,对油的吸附性能降低,抗污染性能力增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 膜分离技术的发展、现状与展望
• 1.2 油水分离膜的选择
• 1.2.1 含油废水的分类及处理方法
• 1.2.2 油水分离膜分离机理
• 1.2.3 油水分离膜的种类及其特性
• 1.3 膜污染及其防治技术的研究
• 1.4 油水分离膜的研究进展
• 1.5 膜改性技术
• 1.5.1 膜表面改性
• 1.5.2 膜材料改性
• 1.6 添加剂蒙皂石的结构特性
• 1.7 研究思路和方法
• 2 PVDF/MMT复合膜的制备与表征
• 2.1 化学试剂及实验设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 膜通量实验装置
• 2.3 L-S 相转化法成膜机理及实验流程
• 2.4 PVDF膜的膜性能测试
• 2.4.1 孔径的测定
• 2.4.2 孔隙率的测定
• 2.4.3 膜厚的测定
• 2.4.4 通量的测定
• 2.4.5 聚乙二醇含量的测定
• 2.4.6 水样中含油量测定
• 2.4.7 铸膜液黏度的测定
• 2.5 制备PVDF/MMT膜的影响因素的考察
• 2.5.1 蒙皂石对铸膜液粘度的影响
• 2.5.2 制膜工艺参数
• 2.5.3 聚合物浓度对膜性能的影响
• 2.5.4 蒙皂石的质量分数对膜性能的影响
• 2.5.5 溶剂挥发时间对膜性能的影响
• 2.5.6 截留分子量
• 3 PVDF/MMT 复合膜成膜相图的研究
• 3.1 化学试剂及实验设备
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验设备
• 3.2 L-S 相转化法成膜相图的研究
• 3.2.1 相图的引入
• 3.2.2 相图的测定
• 3.3 实验装置及方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 凝胶浴温度对PVDF/DMAC/H 20三元体系相行为的影响
• 3.4.2 添加剂的含量对三元体系相行为的影响
• 3.4.3 添加剂种类对三元体系相图的影响
• 3.4.4 不同溶剂对三元体系相行为的影响
• 4 PVDF/MMT复合膜的亲水改性
• 4.1 化学试剂及实验设备
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验设备
• 4.2 实验步骤
• 4.3 油田污水物质含量的测定方法
• 4.3.1 CODcr的快速测定
• 4.3.2 硫化物的测定
• 4.3.3 油含量的测定
• 4.3.4 挥发酚的测定
• 4.3.5 电导率的测定
• 4.4 PVDF—PSSA 膜的性能测定方法
• 4.4.1 磺化度的测定方法
• 4.4.2 膜表面接触角的测定
• 4.4.3 机械性能的测定
• 4.4.4 接枝率的测定
• 4.4.5 TG/DSC分析测试
• 4.4.6 SEM扫描电镜分析
• 4.4.7 红外光谱分析
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 不同氢氧化钾/乙醇溶液浓度对磺化的影响
• 4.5.2 碱处理时间对接枝反应的影响
• 4.5.3 磺化剂的配比对磺化的影响
• 4.6 PVDF-PSSA膜与PVDF/MMT膜的性能比较
• 4.6.1 机械性能的对比
• 4.6.2 红外谱图表征
• 4.6.3 TG/DSC 对比
• 4.6.4 吸附性能的比较
• 4.6.5 膜的SEM扫描
• 4.6.6 膜的应用
• 5 结论
• 参考文献
• 硕士研究生期间所发表的论文
• 致谢