氯化聚氯乙烯(CPVC)超滤膜表面亲水化改性的研究

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氯化聚氯乙烯(CPVC)是聚氯乙烯(PVC)经过进一步的氯化得到的一种高分子材料,作为膜材料,在纯水通量方面较PVC提高了上千倍,在对BSA的截留率及机械性能方面较PVC膜有较大程度的提高但在膜分离的过程中。大分子物质通过物理化学的作用或者截留附在膜表面,从而导致了膜污染,严重的影响了膜的使用寿命,造成运行费用增高,甚至影响了出水水质,限制了膜分离技术的推广应用。膜污染问题的核心是膜材料本身,提高膜的耐污染性能最佳措施是改善膜材料的性质,其中,改善膜材料亲水性是缓解膜污染发生的根本方法之一。仅针对超滤膜表面进行亲水化改性而不对其基体造成影响的方法成为目前膜材料改性的重要关注点。本研究采用两种较为温和、操作简单且效果明显方法对CPVC超滤膜进行亲水化改性,对改性前后的超滤膜进行了表面化学特性、微观结构的表征,通过纯水通量、BSA溶液和RB5染料溶液截留率、通量恢复率和膜阻力分布表征了膜的过滤性能。主要研究结论如下:
  (1)紫外线照射诱导纳米二氧化硅颗粒对CPVC超滤膜进行了表面亲水化改性研究。探讨了纳米SiO2、PEG400/SiO2及诱导时间对改性效果的影响。结果表明:通过UV诱导改性的CPVC超滤膜亲水性明显提高,且PEG400/SiO2较纳米SiO2效果更好,随着诱导时间增加,CPVC超滤膜亲水性增加更明显,两种改性条件下随着光照时间的增加,膜的纯水通量均减小,截留率均上升。经过改性后的膜接触角从改性前的79°降低至72°左右,说明表面亲水性得到了提升,因此膜对BSA蛋白质的耐污染性得到了提高,清洗后的膜通量恢复率可从35.5%提升至55%左右,同时对BSA的截留率也得到了一定程度提升,可达99%以上。
  (2)在CPVC超滤膜表面涂覆一层PDA亲水性涂层,制备了PDA/CPVC改性膜,探讨了PDA添加剂浓度以及沉积时间对膜性能的影响。结果表明:改性后的超滤膜表面孔径减小,平均粗糙度增大,膜的接触角由87°降低至75°,膜通量呈明显下降的趋势,沉积时间为6小时左右,改性膜的通量仅为41.54L/(m2·h)左右,改性后的超滤膜对蛋白质的截留率得到提升,而耐污染性能由于多巴胺的吸附作用而进一步下降至20%左右。
  (3)探讨了两种改性方法对超滤膜截留小分子物质染料分子的影响。其中PDA涂覆改性使截留率得到了显著的提升,从左右提升至85%以上。本身不易被染料分子污染的CPVC超滤膜在改性后因亲水性的提升,得到了更好的通量恢复率,最高可达98%左右,反冲洗后的膜对染料分子的截留率虽然有所下降,但仍保持了较高水平,说明PDA表面涂覆具有良好的附着性使其在清洗过程中不易脱落。而UV诱导表面改性对膜的染料截留效果不佳,仅添加纳米二氧化硅时截留率下降,加入PEG400后有小幅度上升,约为67%左右。
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