擴(kuò)散滲析用PVA-nanO-TiO2雜化膜的制備及性能研究.pdf

1、有機(jī)-無機(jī)雜化膜具有優(yōu)良的強(qiáng)度和柔韌性，熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性，并且能夠發(fā)展單一膜材料原先所沒有的綜合性能，因此在擴(kuò)散滲析領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文利用聚乙烯醇(PVA)與納米二氧化鈦(nano-TiO2)直接溶液共混的方法制備了一系列雜化膜，并成功將其運用于NaOH/Na2WO4體系的擴(kuò)散滲析模擬堿回收實驗，并系統(tǒng)地研究了膜的結(jié)構(gòu)和分離性能的關(guān)系。
　　本論文從以下幾個方面進(jìn)行展開:
　　1.原樣nano-TiO2與預(yù)交聯(lián)的

2、PVA溶液共混成膜，膜的擴(kuò)散滲析模擬實驗探究最佳的成膜條件。
　　首先研究了不同的熱處理溫度對雜化膜分離性能的影響并最終確定的熱處理溫度為130℃，在該成膜條件下，制備了nano-TiO2添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0％，1％，2％，3％，4％，5％的PVA/nano-TiO2雜化膜。利用XRD， SEM，TEM，TGA，膜的機(jī)械性能測試，含水量及耐堿性測試等對膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究，并利用NaOH/Na2WO4體系擴(kuò)散滲析回收堿實驗?zāi)M

3、了其分離性能。結(jié)果表明nano-TiO2的加入，可以有效的提高膜的熱穩(wěn)定性，機(jī)械穩(wěn)定性及耐堿性，雜化膜擴(kuò)散滲析實驗表明適量的添加nano-TiO2可有效提高OH-的滲析系數(shù)并保持分離系數(shù)在較高的水平。研究表明在nano-TiO2添加量為2％時膜的綜合性能最好，室溫下的OH-滲析系數(shù)為0.0127m/h，分離系數(shù)為55.5。
　　2.利用γ-MPTS對nano-TiO2進(jìn)行表面修飾，采用雙氧水氧化在nano-TiO2表面引入磺酸基，

4、然后與預(yù)交聯(lián)的PVA溶液共混成膜。
　　應(yīng)用紅外(FT-IR)，熱重(TGA)和元素分析的表征表明γ-MPTS形成Ti-O-Si成功的接枝在nano-TiO2表面。利用XRD， SEM，TEM，TGA，元素分析，機(jī)械性能測試以及耐堿性測試對雜化膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。用NaOH/Na2WO4體系擴(kuò)散滲析實驗?zāi)M了其在回收堿中的分離性能。結(jié)果表明磺化nano-TiO2的加入，能夠提高膜的熱穩(wěn)定性以及擴(kuò)散滲析過程中OH-的滲析系數(shù)和

5、膜的選擇性，但雜化膜的機(jī)械穩(wěn)定性及耐堿性稍有下降。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)磺化nano-ZiO2添加量為3％時膜的綜合性能最好，室溫下的OH-滲析系數(shù)為0.015m/h，分離系數(shù)為30.1。
　　3.利用1，3-丙磺酸內(nèi)酯對nano-ZiO2進(jìn)行表面修飾并與預(yù)交聯(lián)的PVA溶液共混成膜。
　　應(yīng)用紅外(FT-IR)，熱重(TGA)和元素分析的表征表明1，3-丙磺酸內(nèi)酯成功的接枝在nano-TiO2表面。利用XRD， SEM，TEM，

6、TGA，元素分析，機(jī)械性能測試以及耐堿性測試對雜化膜的基本性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。應(yīng)用NaOH/Na2WO4體系擴(kuò)散滲析實驗?zāi)M了其在回收堿中的分離性能。結(jié)果表明磺化nano-TiO2較未修飾前在PVA基體中分散性良好，表面磺化nano-ZiO2的加入能夠提高擴(kuò)散滲析過程中OH-的滲析系數(shù)以及膜的選擇性，但雜化膜的機(jī)械穩(wěn)定性及耐堿性稍有下降。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)磺化nano-TiO2添加量為3％時膜的綜合性能最好，室溫下的OH-滲析系數(shù)為0

7、.0222m/h，分離系數(shù)為32.7。
　　表面磺化的nano-ZiO2的引入能夠提高膜的離子通量，一方面由于引入了可交換基團(tuán)磺酸基，提高了Na+的傳遞速率，PVA本身的羥基與OH-之間通過氫鍵作用可形成OH-傳遞的輔助通道，因此膜的離子通量增加;另一方面是由于納米顆粒表面接枝磺酸基后親水性提高，與PVA之間的相互作用可以顯著提高nano-TiO2與聚合物基體之間的界面相容性，增加膜的致密度，阻礙了WO42-離子的傳遞，提高了膜的