聚丙烯微孔膜表面的抗污染性改性研究.pdf

1、聚丙烯微孔膜具有良好的物理化學穩(wěn)定性、易于調控的微孔結構以及成本低廉等優(yōu)點,得到了廣泛的應用.然而,由于表面能低和疏水性強,在使用過程中容易發(fā)生膜污染現(xiàn)象.為了提高其在浸沒式膜.生物反應器(SMBR)中的抗污染性能,本論文采用NH<,3>和CO<,2>2氣體等離子體處理、烯丙基葡萄糖(AG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在膜表面的固定化、丙烯酸(AA),和丙烯酰胺(AAm)在膜表面的紫外光接枝、非離子表面活性劑在膜表面的吸附等方法進行表面改

2、性研究.在以上工作的基礎上,對改性膜在SMBR中的動態(tài)抗污染性能進行了考察.具體內容如下: 通過NH<,3>和CO<,2>氣體等離子體處理聚丙烯微孔膜,在其表面引入含N和O元素的極性基團,從而實現(xiàn)了膜表面的親水化改性.采用X.射線光電子能譜(XPS)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征了膜表面的化學組成和形貌變化,通過接觸角測試了膜表面的親水性.結果表明,隨NH<<3>等離子體處理壓力的下降,膜的拉伸強度和斷裂伸長率下降、表面親水性提

3、高、膜通量提高.但其表面水接觸角隨放置時間延長而增大,出現(xiàn)"憎水性回復"現(xiàn)象.采用C02氣體等離子體處理聚丙烯微孔膜時,改性膜表面水接觸角隨等離子體處理時間的延長而急劇下降;進一步延長處理時間,下降趨勢減慢.與此同時,微孔膜的孔徑和孔隙率以及膜通量先增加后減小,而拉伸強度和斷裂伸長率迅速下降. 通過N<,2>等離子體處理將AG和PVP在聚丙烯微孔膜表面進行了固定化.AG在膜表面的固定化率隨等離子體處理時間的延長而增大,處理時間為

4、4 min時,固定化率最大為3.5 wt.﹪,進一步延長時間,固定化率反而下降.AG固定化改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了64°膜通量隨固定化率的增大而增大.PVP在膜表面的固定化率隨等離子體處理時間的延長而增大,當處理時間為12min時,固定化率為6.8wt﹪,進一步延長處理時間固定化率下降.膜表面水接觸角變化趨勢正好與之相反,當固定化率為6.8 Wt.﹪時,膜表面水接觸角較未改性膜下降了57°膜的總表面自由能和其極性分數(shù)隨固定化率

5、的提高而增大.通過紫外光引發(fā)將AA和AAm接枝于聚丙烯微孔膜表面.AA接枝改性膜表面水接觸角隨接枝率的增大而下降,接枝率為 45.28 wt.﹪的改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了61°.研究了接枝率和pH值對改性膜水通量的影響,發(fā)現(xiàn)膜水通量隨接枝率的提高和pH值的下降而增大,具有pH響應性.AAm接枝改性膜表面水接觸角隨接枝率的增大而降低,接枝率為278.4 wt.﹪的改性膜表面水接觸角較未改性膜下降了940°當接枝率為20.28 w

6、t.﹪時,膜通量隨接枝率的增大而增大,當接枝率的進一步增大,膜通量又隨之而降低. 采用Tween 20、Tween 40、Tween 60、Tween 80和Tween 85系列非離子表面活性劑對聚丙烯微孔膜進行了表面吸附改性.當表面活性劑的濃度較低時,吸附主要發(fā)生在膜孔內,而當濃度較高時,膜孔內已經(jīng)吸附飽和,此時吸附作用主要發(fā)生在膜表面,Tween在膜表面的吸附量隨濃度的增大而增大. 研究了改性膜和未改性膜在SMBR中

7、的抗污染性能,與未改性膜相比,NH<,3>和CO<,2>等離子體處理、AG和PVP固定化、AA和AAm紫外光接枝、Tween吸附改性膜的通量恢復率提高23.0、37.0、29.0、10.0、23.0、55.0和115.0﹪,相對通量比率提高17.0、58.0、90.0、79.0、152.0、32.0和52.0﹪.采用社會統(tǒng)計學分析軟件包SPSS對膜表面物理化學性能與抗污染性能之間的相關矩陣進行了計算,發(fā)現(xiàn)通量恢復率與總的膜表面自由能之間