聚偏氟乙烯超滤膜的功能化构筑及其抗污性能研究

学校代码：学校代码：10255学号：号：1129021东华大学博士学位论文东华大学博士学位论文AThesisSubmittedtoDonghuaUniversityfortheDocter’sDegree聚偏氟乙烯超滤膜的功能化构筑及其抗污性能研究ANTIFOULINGPROPERTYOFFUNCTIONALIZEDPOLYVINYLIDENEFLUORIDEULTRAFILTRATIONMEMBRANES学科专业：化学作者姓名：赵新振指导老师：何春菊完成日期：2015年10月万方数据东华大学博士研究生学位论文2东华大学学位论文原创性声明东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：学位论文作者签名：日期：日期：年月日万方数据东华大学博士研究生学位论文3东华大学学位论文版权使用授权书东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。制手段保存和汇编本学位论文。保密保密□，在，在年解密后适用本版权书。年解密后适用本版权书。本学位论文属于本学位论文属于不保密不保密□。学位论文作者签名：学位论文作者签名：指导教师签名：指导教师签名：日期：日期：年月日日期：日期：年月日万方数据东华大学博士研究生学位论文i摘要摘要基于膜技术低能耗、分离精度高、操作简单、适于规模化放大、环境友好等优点，促使各类工业化膜过程在海水淡化、水处理、工业、环境、食品、药品、能源等诸多领域得到了广泛应用，在生产和生活中发挥着越来越重要的作用。但由于浓差极化和污染物吸附沉积现象的存在，各类膜过程中都不可避免的存在着膜污染的问题，能够造成膜组件分离效率不可逆下降的膜污染已成为制约膜技术发展的瓶颈问题。近年来超滤在水处理领域的应用优势日益明显，但由于直接与各类污染的料液体系接触，超滤膜面临着严重的膜污染问题，膜组件分离效率的下降和使用寿命的缩短，大幅度增加了超滤膜的使用成本，抗污型超滤膜的制备成为膜产业发展的迫切需要。对于膜污染机理和膜抗污机理的探索备受关注，有利于从根本上解决或者缓解膜污染问题，本文的研究内容旨在从材料的分子水平和结构的微纳米尺寸上构筑具有抗污功效的超滤分离膜，以及探索规模化制备抗污性超滤膜的方法，具体的研究内容和实验结论包括：（1）实验中通过等离子体技术、层层自组装和界面交联方法的联用构筑了有序纳米粒子型、分子刷型和交联网络型三种不同类型的亲水性膜表层。实验结果表明组装6层后的有序纳米粒子型亲水膜表面，即能表现出超亲水特性和优异的抗污染能力。基于组装纳米粒子功能层的水合能力和物理屏障效应，将纳米尺寸的牛血清蛋白，海藻酸钠和腐植酸各类污染物排开，使不可逆污染的比例降低到1%。分子刷型亲水表层能够充分发挥聚乙二醇(PEG)链段的移动型抗污能力，增强了改性超滤膜的抗吸附能力，但最终抗污效果受限于表面PEG的接枝量。交联网络型亲水表面则能将污染类型转化成可逆污染，降低不可逆污染比例，对亲水污染物、疏水污染物和自然污染物均能表现出较好的抗污效果，充分发挥了海藻酸钠功能层独特的滤饼层特性和对于污染物的截留效果。亲水膜表面的几何构造、分子结构和聚合物类型都会对膜的抗污性能产生不同的影响。（2）基于聚苯胺的自掺杂特性，通过一步磺化法在PVDF膜表面原位构筑了两性离子化分离界面，凭借磺化聚苯胺两性离子基团的优异抗污功效增强了PVDF超滤膜的抗污能力。对多种污染物的水通量恢复率值均高于95%，表现出万方数据东华大学博士研究生学位论文ii极好的抗污普适性，同时为规模化制备抗污型PVDF超滤膜提供了新的思路。（3）考察了氨基酸式两性