PVDF／TiO2自组装膜的制备及其性能研究.pdfVIP

第 34卷第 3期 东 北 电 力 大 学 学 报 Vo1．34．No．3 2014年6月 JournalOfNortheastDianliUniversity Jun．。2014 文章编号：1005—2992(2014)03—0058-07 PVDF／TiO2自组装膜 的制备及其性能研究 张万友 ，仲卫超 ，张海丰 ，李 瑶 ，韩 冬2，刘积亮2 (1．东北电力大学 化学工程学院，吉林 吉林 132012；吉林省电力有限公司吉林供电公司，吉林 吉林 132012) 摘 要：采用溶胶一凝胶相转化法和 自组装法制备PVDF／TiO：自组装膜，并利用SEM、接触角、FYr— IR和XRD进行了表征；通过纯水通量、孔隙率、膜阻力分析和腐植酸 (HA)过滤去除实验，考察 了 PVDF／TiO：自组装膜的性能，探究了PVDF／TiO2自组装膜在臭氧条件下的催化臭氧化反应机理。结果 表明：SEM直观显示膜上存在TiO 粒子；与PVDF原膜相 比，纯水的接触角由43．92。减小至25．46。，膜 的亲水性显著提高；FT-IR分析，PVDF／TiO 自组装PVDF膜上存在 Ti-O键 ，羟基数量显著增加；XRD 表明膜上存在金红石矿型TiO粒子；自组装后PVDF膜纯水通量由152．5L ·m～ ·h 提高到215．3L ·m～ ·h～，孑L隙率由90．2％下降至88．6％，PVDF／TiO，自组装膜对 HA具有较强的吸附去除能力 ， PVDF／TiO，自组装膜对 HA的去除率达到75％。 关 键 词：自组装 ；PVDF；TiO ；阻力分析 ；去除率 中图分类号：TQ028．8 文献标识码 ：A 聚偏氟乙烯 (PVDF)膜是一种新型氟碳热塑性材料，室温下 PVDF不被酸、碱等强氧化剂和 卤素所 腐蚀，耐高温及辐射，具有化学性质稳定、机械强度高、抗氧化性强等特点，是 目前理想的相转换法成膜 材料之一l12j。但是，PVDF膜表面能低，亲水性差，易被污染，因此，对其进行亲水性改性提高膜性能十 分必要 j。PVDF改性方法很多，目前，国内外对 PVDF改性进行了研究，主要包括紫外光辐照、聚合接 枝、辉光放 电和 自组装等典型提高亲水性的方法 1J。自组装技术主要通过分子间弱的非共价键作用 力 (氢键、范德华力、静电力、疏水作用力等)将原子、分子或离子 自发的连接到一起构成的纳米结构膜。 自组装膜具有热力学稳定性，原位 自发形成，能够形成均一、缺陷较少的有序高密堆积薄膜层。目前，水 牛的主要有机污染，因此对其吸附去除尤为重要。刘扬扬 等研究了腐殖酸对超滤膜的污染情况，证 明改变膜表面的带电性有利于对腐殖酸的吸附去除。TiO 无机纳米材料具有催化活性高、选择性强、 无毒和廉价等优点，是一种典型的催化剂 。文晨 等将纳米TiO 涂覆 PVDF膜表面，纳米TiO：的 加入改善了膜的亲水性，提高了膜的抗污染性能。肖汉宁¨等分析了聚丙烯酸在纳米TiO：水悬浮体 表面的吸附行为，证明PAA在纳米 TiO：表面的吸附是 自发过程。s．s．Madaeni¨等利用了 “表面接 枝”技术改性PVDF膜，改善了膜防汾性能，但增加了制造成本，探讨了改性后膜表面性能的变化，然而 膜孔 内部结构的变化和膜改性的机理需要进一步研究。 本研究利用PVDF膜作为催化剂载体，金红石型TiO 粒子为催化剂，由于纳米TiO：粒子比表面积 大和原子配位不足，具有较强的吸附性，聚丙烯酸含有羧基(一COOH)，分子 中C=O、C—H和 O—H均为 极性键，TiO，中Ti与PAA中一COOH通过氢键、范德华力、偶极子的弱静电引力发生 自组装反应。采 用 自组装方法将纳米TiO粒子 自组装至PVDF膜表面和膜 内部，对 自组装膜进行表征、性能研究和反 收稿 日期 ：2014—05—10 作者简介：张万友(1957一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学化学工程学院教授，主要研究方向：电厂化学 第3期 张万友等：PVDF／TiO2自组装膜的制备及其性能研究 59 应机理分析，为其工业化应用奠定理论基础。 1实验装置和方法 1．1 实验装置 膜接触反应器由有机玻璃制成，有效容积为5