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聚偏氟乙烯静电纺丝膜水分离研究

2022-06-10 17:27 

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常见的膜材料,广泛用于微滤、超滤及其他薄层复合膜(TFC)底膜制备,在废水处理和水回用领域应用非常广泛。由于材料自身特性,在过滤过程中,水中有机物、生物质、凝胶物及其他污染物等易在 PVDF 膜表面沉积,导致膜效率下降,运行成本上升,清洗频繁,影响膜寿命等。对 PVDF 膜进行亲水性修饰是缓解膜污染、提升膜渗透效率的有效方法之一。

静电纺丝 PVDF 底膜的制备
PVDF底膜采用电纺丝技术制备,详细过程与前期研究一致 。以 DMAc 和丙酮(质量比为 1:1)作为混合溶剂配制铸膜液,其中 PVDF 质量含量为 10wt%。电纺丝电压为 19 kV,室温 20±2 ℃,相对湿度在 45%±5%,纺丝液流速为 1.0 mL·h -1 ,膜丝接收器与喷丝头之间的距离为 15.0 cm。
 
将上述制备的电纺丝 PVDF 底膜分别置于乙醇、去离子水中浸润,然后将其浸入一定浓度(2mg·mL -1 )的多巴胺的 Tris-HCl 缓冲溶液。溶液中多巴胺在机械搅拌下自聚沉积在 PVDF 电纺丝底膜纤维表面。

反应12 h 后将其取出用去离子水冲洗其表面未聚合的多巴胺,所得膜记为 PDA/PVDF。将制好的 PDA/PVDF 膜放入 0.1 wt%的海藻酸钠溶液中并静置 3 min,然后将其取出并用 2 mmol/L 的 CaCl 2 溶液进行交联反应一定时间(1 min、3 min 和 5 min)。

将静电纺丝基底 PVDF 膜在多巴胺聚合改性后所得 PDA/PVDF 膜的表面水接触角下降到约 90°。在PDA/PVDF 膜的基础上进行海藻酸钙改性后,膜表面水接触角下降到 20°以下。CaAlg-PDA/PVDF 复合膜对石油醚乳化油和正己烷乳化油的截留率最高都可达 99.9%,

对前者渗透系数在 2.0×10 3 L·m -2 ·h -1 ·bar -1 以上,对后者渗透系数则高于 3.2×10 3 L·m -2 ·h -1 ·bar -1 。结果表明,经 CaAlg 和 PDA 协同改性后所得的 CaAlg-PDA/PVDF 复合膜渗透性能和对乳化油的截留率等性能稳定性明显提高。