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膜技术作为一种分离方法,因其潜在的低投资、低能耗、操作简便和分离效率高等优点受到广泛地关注。然而,实现膜分离技术工业化的关键问题之一是解决由膜污染所导致的分离功能降低。聚偏氟乙烯(PVDF)是一类化学性质稳定、高耐热性和优良机械性能的膜材料,已在众多领域中得到推广。但是,因其较高的疏水性,致使在水处理过程中的应用受到了一定制约。
本课题选用纳米TiO2作为改性剂,通过表面浇铸或填充等方法制备了PVDF/TiO2复合膜和杂化膜,用于牛血清蛋白溶液的分离,发现其不仅具有很好的分离性,而且抗污染能力得到显著地提高。
研究结果表明:利用纳米TiO2水溶胶表面浇铸的PVDF复合膜,当溶胶浓度为210mg/L时,纯水通量为146.7L/m2.h(操作压力0.10Mpa),对牛血清蛋白溶液的截留率达到91.9%,通量恢复率接近92%,表面接触角和粗糙度分别比PVDF膜降低了约39°和53.9%;使用纳米TiO2的DMAc溶胶填充的PVDF杂化膜,当溶胶浓度为0.1wt%时,纯水通量为164 L/m2.h,对牛血清蛋白溶液的截留率达到98.7%,通量恢复率超过99%,表面接触角和粗糙度均比PVDF膜降低了约35°和43.1%.此外,通过考察杂化膜体系中的粘度和玻璃化温度等因素变化可知,当PVDF中TiO2的质量分数是0.1wt%时,体系的相容性好,分离性能和亲水性等均能够得到显著地改善,同时纳米TiO2溶胶改性PVDF膜的分离效果优于商品化TiO2粉体。为此,上述结果证明了选择纳米TiO2溶胶能够改变PVDF的物理化学特性,有望满足膜分离过程对抗污染和高通量的要求,作为可设计的有机/无机复合(杂化)膜分离材料,展示出了良好的发展前景。