γ-射线共辐照PVDF超滤膜接枝丙烯酸改性研究
膜分离过程中的污染问题严重影响了膜分离技术的推广与应用，本文针对超滤过程中的膜污染问题，提出采用表面改性的方法提高超滤膜的抗污染性能。目前的研究多认为，膜污染主要原因之一是蛋白质等有机大分子的吸附造成的，蛋白质在膜孔中的吸附会影响有效孔径及孔径分布，因而影响膜的通量及截留性能，膜表面因污染而形成的凝胶层增加了膜的透过阻力，使膜的有效通量严重降低，目前多采用改善膜表面亲水性的方法试图降低其对蛋白质的吸附，提高膜的抗污染性能。
本文在调研大量文献的基础上，选取聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基膜，丙烯酸为接枝单体，采用γ-射线液相共辐照方法将丙烯酸接枝在PVDF超滤膜表面，以期改善膜表面亲水性，提高膜的抗污染性能。论文研究了不同因素对PVDF超滤膜表面改性的影响，例如单体浓度、辐照剂量、添加剂等。实验结果表明，接枝率随单体浓度及辐照剂量的增加而增大；接枝率随体系中阻聚剂浓度及链转移剂浓度的增大而减小；向体系中添加盐酸可以显著提高接枝率。接枝改性后，膜表面水接触角不同程度降低，本研究中最多可以降低50°左右，膜表面亲水性得到较好的改善。
对PVDF超滤膜的分离性能研究表明，接枝改性后超滤膜截留率提高，而纯水通量有一定程度的下降。扫描电子显微镜(SEM)照片显示，接枝改性超滤膜表面部分膜孔被覆盖，孔隙率有所下降，因而导致纯水通量的下降。为了获得满意的超滤性能，我们系统研究了控制接枝率的方法。通过降低单体浓度及辐照剂量，并向体系中添加链转移剂的方式来控制超滤膜表面的接枝率，从而控制超滤膜的超滤性能。采用此方法获得了较满意的膜超滤性能，截留率上升的同时，纯水通量基本保持不变。
采用牛血清白蛋白(BSA)溶液作为过滤溶液，研究了改性前后膜表面的抗污染性能。结果表明，蛋白溶液的pH值和浓度显著影响着膜污染状况。在BSA等电点(pH4.7)附近，改性膜的总污染度和不可逆污染度相比未改性膜更为严重，这主要是由于改性膜表面接枝的带负电荷丙烯酸分子链与接近中性的BSA之间强烈的吸附作用造成的。当BSA溶液pH值在其等电点以上(pH7.48)时，改性膜的总污染度与未改性膜相比有所降低。在相同溶液pH值时，过滤较高浓度蛋白溶液时，改性膜不可逆污染与未改性膜相比有所增大，而在较低浓度蛋白溶液时则相反，这是由于改性前后膜表面结构的变化造成的。原子力显微镜(AFM)研究表明，改性膜表面粗糙度与接枝率有关，接枝率较低时，膜表面趋于光滑，而当接枝率过高时，膜表面又趋于粗糙。对超滤膜表面结构与抗污染性能的研究表明，超滤膜表面亲水性的提高可以改善膜污染状况；膜污染同时又与膜表面的粗糙度有一定关系，表面较光滑(接枝率较低)的改性膜在相同条件下，污染较低。由此可见，膜污染是一个复杂的物理化学作用过程，不但受膜表面亲/疏水性的影响，同时又受到膜表面粗糙度等多方面因素的影响，因而对超滤膜抗污染性能的研究需要从多方面综合考虑。
- 作者：
- 李晓
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 无机化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2006年
- 导师姓名：
- 陆晓峰
- 中图分类号：
- TQ028.8
- 关键词：
- 聚偏氟乙烯；超滤膜；γ射线共辐照；接枝改性；丙烯酸；膜分离技术
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