V2O5纳米线改性PVDF超滤膜的制备及其分离性能

第39卷第4期2019年8月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVol.39No.4Aug.2019V2O5纳米线改性PVDF超滤膜的制备及其分离性能张杏梅王叶2,石奇r韩小龙23$(1.西安文理学院化学工程学院，西安710065；2.西北大学化工学院，西安710069；3.大连理工大学精细化工国家重点实验室，大连116024)摘要：水热合成出超亲水的V2O5纳米线，然后将其与PVDF铸膜液直接共混，制备出不同V2O5纳米线添加量的PVDF改性杂化超滤膜，系统地研究了V2O5纳米线对超滤膜结构和分离性能的影响.结果表明，随着V2O5纳米线添加量的增加，改性膜的孔隙率和孔尺寸逐渐增大，膜的亲水性也逐渐增强.当V2O5纳米线添加量为2.0%时，V2O5纳米线修饰PVDF膜的纯水通量达到621.98L/(m2-h),对BSA的截留率为92.5%.此夕卜，抗污染实验表明，V2O5纳米线改性的PVDF超滤膜比未改性的PVDF超滤膜具有更强的抗污染性能.关键词：V2O5纳米线；PVDF超滤膜；亲水改性；抗污染中图分类号：TQ028.8文献标志码：A文章编号：10078924(2019)04004707doi：：10.16159/j.cnki.issnl007-8924.2019.04.007目前，水危机已严重制约了人类社会的可持续发展，废水的净化处理工作迫在眉睫•膜分离技术是一种环境友好型的分离技术，具有优异的分离性能和广阔的发展前景•超滤膜分离技术更是以能耗低、分离效率高、操作流程简单等优势而备受关注&'•PVDF是一种性能良好的成膜高分子材料，具有强抗氧化性、良好的热稳定性以及化学稳定性等特点而被广泛应用于工业化超滤膜的制备•然而,PVDF膜的疏水性较强，导致膜在使用过程中极易吸附油脂、蛋白质等有机物而造成膜污染，进而降低了膜的分离能力，缩短了膜的使用寿命，增加了使用成本囚.研究发现,对超滤膜进行亲水改性是控制膜污染最有效的手段之一•亲水改性方法多种多样，其中共混改性操作简单且效果显著&—4'，因此应用较广•将无机纳米颗粒与有机高分子聚合物共混制备的改性超滤膜，兼具了有机物的柔韧性和无机物的化学稳定性，改性效果显著•常用的无机纳米材料有TiO2：5—6'、A12O3：7—8'、SiO2：9—10'、ZnO口1等.近年来，纳米线膜以其优异的分离性能引起人们越来越多的关注.Zhang等制备的Cu(OH)纳米线膜和Long等&13制备的MnO2纳米线膜均表现出卓越的油水分离能力；Wei等6将TiO2纳米线混入PVDF中制得TiO?-PVDF改性膜,与纯PVDF膜相比水通量增加了一倍.V2O5纳米线是一种两性氧化物，作为强氧化剂易被还原成低价氧化物，并且极易与水分子中的氢原子结合形成大量的氢键•与水接触时，其表面富含的氧原子作为氢键受体与水(氢键供体)中的氢原子相互作用形成氢键，使表面包裹着一层密集的水分子，而这层水分子不仅是氢键的供体，其表面的氧原子也会因缺失了氢原子而作为氢键的受体与更多收稿日期：2019-01-28；修改稿收到日期：2019-04-23基金项目：大连理工大学精细化工国家重点实验室开放课题基金资助项目(KF1706)；陕西省教育厅专项科研计划项目(17JK1125)；西安市科技计划项目(2017CGWL10,2017CGWL28)第一作者简介：张杏梅(1975-),陕西大荔人，博士，讲师，研究方向为膜分离技术，E-mail：zhxm_v@163.com.$通讯作者，E-mail：hanxl@nwu.edu.cn-48-膜科学与技术第39卷的水分子相互作用形成更多的氢键,这样就产生了一个结构稳定的氢键网，大量氢键的存在增强了其亲水性.本文以V2O5纳米线作为亲水改性剂，通过共混的方式制备出不同V2O5纳米线添加量的PVDF超滤膜，研究V2O5纳米线对PVDF膜结构及性能的'1实验部分1.1材料与设备材料与设备PVDF,美国Solvay有限公司;聚乙烯毗咯烷酮(PVP,K30,>w=40000g/col),美国Sigca-Aldrich有限公司；N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、V2O5,H2O2，上海阿拉丁生化有限公司.扫描电镜(SEM),Sigca,德国ZEISS；X射线粉末衍射仪(XRD),D/cax-2550X,日本Rigaku；傅里叶红外光谱仪(FTIR),Frontier,美国PerkinElcen；原子力显微镜(AFM),MultiMode8,德国Bruker；紫外分光光度计,UV765,上海佑科有限公司;接触角测量仪,DCAT15,德国Dataphysics;电子万能试验机,EZ-LX,日本岛津.1+2V2O5纳米线的合成纳米线的合成V2O5纳米线的制备参考文献[12—14]的合