表面接枝改性制備新型高分子膜材料的研究.pdf

1、隨著能源和水資源日益緊缺、環(huán)境污染的加劇，水處理成為了國內(nèi)外學術(shù)界廣泛關(guān)注的重要課題。而在已報道的諸多水處理工藝中，膜法不需要化學添加劑、能耗較小、處理量大、再生簡單，優(yōu)勢明顯。實際應用中，膜法水處理又以高分子膜材料的應用為主。由于膜材料的性能直接決定了膜的應用效果，故而高分子膜材料的開發(fā)是項極其重要的工作。而單一的膜材料往往很難兼具良好成膜性、穩(wěn)定性、功能性和成本效益等，一般采用物理或化學的方法來提高膜的性能以滿足實際應用需要。在眾多

2、高分子膜材料改性方法中，表面接枝改性易于操作、經(jīng)濟可行、穩(wěn)定性好，被廣泛應用。
　　本文針對水處理應用中普通單一電紡納米纖維膜一般疏水性較強且缺少有用的功能性基團、界面聚合的荷正電納濾膜分離層與支撐層結(jié)合強度低溶脹后易剝離乃至脫落且其制備工藝通常比較復雜的問題，基于表面接枝聚合和聚多巴胺輔助的表面接枝的方法，探索構(gòu)建親水化、功能化及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且制備工藝簡單的新型高分子膜材料。本文的研究工作主要包括以下三個部分：
　　第一部分，

3、提出了一種新型表面接枝聚合改性親水性聚氯乙烯（PVC）微/納米纖維膜的制備方法。首先探索了PVC微/納米纖維膜的靜電紡絲工藝，然后電紡制備PVC微/納米纖維膜，并以之為基體通過表面接枝聚合法接枝了N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）/丙烯酰胺（AM）等親水性烯烴類單體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PVC微/納米纖維膜的水接觸角從137±0.5°均降到了60°左右，親水性大為改善且力學性能能較好地保持，從而解決了疏水PVC微/

4、納米纖維膜作為過濾材料在處理水基體系時壓降大、通量小及膜易被污染的問題。
　　第二部分，通過聚多巴胺（PDA）輔助接枝的方法制備了一種新型PVC@PDA-PEI膜吸附材料，開發(fā)出了一種簡單通用的氨基接枝改性納米纖維膜的制備方法。利用多巴胺自聚強粘附特性及聚多巴胺的親水性、二次反應活性，在電紡PVC納米纖維膜表面包覆一層PDA進行多氨基功能小分子PEI的接枝，并以Cu2+作為目標污染物系統(tǒng)考察了PVC@PDA-PEI膜對水中重金屬離

5、子的吸附性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PVC@PDA-PEI膜對Cu2+有強烈的絡合作用，其吸附符合朗繆爾吸附模型且最大吸附量可達33.59 mg·g-1，是未改性的兩倍之多。三次吸附脫附循環(huán)后PVC@PDA-PEI膜對Cu2+的去除率僅下降了4.7％，有較好的再生性能。通過進一步研究其吸附機理發(fā)現(xiàn)，PEI通過邁克爾加成反應接枝后并沒有破壞多巴胺原有的兒茶酚結(jié)構(gòu)，并且引入大量氨基可以絡合Cu2+，使得膜的Cu2+吸附性能大大提升。這種方法破解了PVC

6、納米纖維不具有反應活性位點難以進行氨基接枝等功能化改性的難題，為納米纖維膜的功能化改性提供了新思路。
　　第三部分，基于聚多巴胺輔助表面接枝改性技術(shù)提出了一種制備表面化學、拓撲形貌和分離性能可控的荷正電納濾膜的新方法。通過改變聚酰胺胺樹形大分子（PAMAM）代數(shù)，可以調(diào)控膜表面的荷電性、親水性、粗糙度和表觀形貌及分離性能。當PAMAM代數(shù)從G0增加到G2時，膜表面的zeta電位從1.68±0.69 mV增加到9.32±0.73 m

7、V，WCA從52.2±0.7o降低至49.6±0.4o，Ra從8.85 nm減小到3.87 nm。SEM表征表明，PAMAM接枝層可以牢固地附著在PES基質(zhì)上，PAMAM G2接枝后PES/PDA-PAMAM膜表面相對比較光滑。故當PAMAM代數(shù)從G0增加到G2時，PES/PDA-PAMAM膜對MgCl2的截留率從83.67%增加到93.15%。此外，長期試驗表明PES/PDA-PAMAM膜有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗污染性能。該方法可以作為