摘要: 聚偏氟乙烯（PVDF）是一种具有耐辐射性、耐热性和良好机械稳定性的半结晶高聚物，成膜能力优异。但由于PVDF具有较强的疏水性，在实际应用中易被污染，常通过含有大量羟基的聚乙烯醇（PVA）对其进行亲水改性，但是通过PVDF/PVA共混改性制得的膜均存在... 展开 聚偏氟乙烯（PVDF）是一种具有耐辐射性、耐热性和良好机械稳定性的半结晶高聚物，成膜能力优异。但由于PVDF具有较强的疏水性，在实际应用中易被污染，常通过含有大量羟基的聚乙烯醇（PVA）对其进行亲水改性，但是通过PVDF/PVA共混改性制得的膜均存在韧性较差，抗拉伸强度低的缺点，需要对膜进行进一步改性。氧化锆（ZrO2）作为一种特殊的过渡金属氧化物，具有高熔点、高沸点、化学稳定性好等优点，适用于改善膜的韧性及抗拉伸性能。另外，经ZrO2改性后的膜更适用于极端条件下的复杂液相分离体系，与实际情况接近，因此，采用ZrO2对PVDF/PVA膜进行修饰改性。主要研究内容及结论如下： （1）研究采用浸没沉淀相转化法（NITPS），通过单因素控制，优化了制膜工艺，制备了PVDF/ZrO2和PVDF/ZrO2-PVA共混膜，通过傅立叶红外光谱分析仪（FTIR）、扫描电镜(SEM)以及水接角仪等测试技术，结合过滤实验、污染性能测试等方法研究了膜的微观结构、分离性能、纯水通量和抗污染性。考察了亲水性污染物（海藻酸钠、牛血清蛋白）与疏水性污染物（腐殖酸、双酚A）对不同亲疏水性膜的污染程度以及不同属性膜对不同亲疏水性污染物的抗污能力，研究结果显示，PVDF添加纳米ZrO2并利用PVA进行亲水改性后的膜将具有更优越的结构与抗污染性能，当ZrO2含量为1.5wt%，PVA含量为29wt%时，膜将呈现出最优化的水通量、亲水性、抗污染性和截留率，该条件下制得的膜孔隙率增加至82.7%，膜表面水接触为91.23°，纯水通量增至327(L/m2·h)，这意味膜的亲水性和水通量都得到了明显的改善。PVDF/ZrO2-PVA对BSA的截留率为79%，对SA的截留率为60%，对HA的截留率为80%。研究结果还表明，在PVDF铸膜液中添加适量纳米ZrO2能够有效改善因溶剂交换形成指状孔结构进而导致膜机械性能较差的结果。 （2）亲水性污染物是膜污染的主要来源，没有证据显示污染物对膜的污染程度与膜本身的亲疏水性有关系。对膜进行亲水改性也只能加强膜的整体抗污染能力，并不能直接改变膜对单一亲水性污染物或疏水性污染物的抗污染程度。其中，HA污染对膜的通量衰减影响最小，且膜通量衰减速率较为平缓。前60分钟HA在PVDF膜、PVDF/ZrO2(M6)膜、PVDF/ZrO2-PVA(Mp11)膜的比通量衰减率分别为为41%、36%与56%。远低于SA与BSA。而SA与BSA污染膜时，膜的比通量在运行初期急剧下降，BSA在三种膜运行的前60min分别导致了84%、75%与69%的比通量衰减。在相同的运行时间内，不管对于疏水性膜还是亲水改性后的膜，亲水性有机物SA引起的膜通量衰减速率及衰减程度均明显大于疏水性有机物HA。对于膜的抗污染性，以污染膜最严重的BSA为参考，PVDF膜通量恢复率为68%、PVDF/ZrO2(M6)膜通量恢复率为73%、PVDF/ZrO2-PVA(Mp11)膜通量恢复率为71%，这可以看出添加ZrO2和进行PVA亲水改性后，膜的抗污染能力明显上升。 （3）亲水性污染物BSA是较容易被分离的有机污染物，PVDF/ZrO2共混膜对其最大截留率为87%，PVDF/ZrO2-PVA共混膜对其最大截留率为85%，膜性质对亲水性污染物BSA的分离性能影响不明显。亲水性有机物SA是较难被分离的有机污染物，PVDF/ZrO2共混膜对其最大截留率为61%，PVDF/ZrO2-PVA共混膜对其最大截留率67%，亲水性膜均取得了更高的平均截留率，平均截留率为58.94%；亲水性污染物SA的分离性能受膜性质影响较明显；对于疏水性污染物HA与BPA的截留率来说，亲水性膜对两种物质均取得了更高的平均截留率性，分别为76.27%与58.94%，亲水改性能够提高膜的分离性，而ZrO2含量会对疏水性膜的分离性能产生较大的影响。 通过制备PVDF/ZrO2与PVDF/ZrO2-PVA共混膜，既为制备纯水通量高、抗污染能力强、分离性能好的复合膜奠定了理论基础，也为污水处理和水质净化提供新的膜处理方式，为共混膜的研究提供了一种新思路。 收起