聚偏氟乙烯(PVDF)是应用最广泛的分离膜材料之一,但是PVDF的强疏水特性使这种膜在水介质过滤中存在通量低,易污染的问题,从而限制了其在水处理中的广泛应用。因此,提高PVDF膜的亲水性成为研究的热点。近年来,将各种无机组分引入PVDF基质中,制备兼具有机高分子材料和无机材料优良性能的杂化膜的研究备受关注。主要研究了无机纳米组分的掺杂对杂化薄膜结构与性能的影响,但理论分析不够深入,而且多是采用直接分散的方法,容易产生相分离。本论文采用溶胶-凝胶技术制备PVDF/Al2O3纳米杂化薄膜,在PVDF铸膜液中直接掺杂异丙醇铝,通过水解缩聚反应原位生成无机相,并采用乙烯基三甲氧基硅烷作偶联剂以促进有机/无机两相的相容性,有效避免了相分离现象。同时研究了无机组分对杂化膜结构与性能的影响规律,从热力学和动力学角度探讨杂化膜的成膜机理,并对由杂化膜组成的膜生物反应器在松香废水处理中的应用进行了初步的研究。主要研究内容和结果摘要如下:一、PVDF/Al2O3杂化膜的制备及结构性能研究本文首先通过酸催化异丙醇铝制备聚偏氟乙烯/氧化铝杂化膜,分别对其化学结构、微相结构与性能进行了研究。结果表明,加入异丙醇铝后,生成的纳米粒子可以促进膜表面微孔的形成,孔隙率增大,膜内指状孔变得发达,但是添加量过多时,会破坏膜的结构,产生大空穴。因此适当添加异丙醇铝可以使膜的分离性能得到改善,提高膜的水通量和截留率。同时,添加异丙醇铝生成的纳米氧化铝对杂化膜具有增韧效果,而且由于膜的表面粗糙度降低和亲水性增强使膜的耐污染能力得以提高,而对膜的热稳定性和熔点的影响不明显。二、改性PVDF/Al2O3杂化膜的制备与表征通过对PVDF进行化学改性,然后再与异丙醇铝掺杂,以乙烯基三甲氧基硅烷作偶联剂制备两相由化学键连接的PVDF/氧化铝杂化膜。采用FT-IR、表面接触角测定仪、DSC、AFM等方法研究了对PVDF膜进行改性的效果,并考察了偶联剂对杂化膜结构与性能的影响。研究结果表明,PVDF改性后表面引入了C=C双键、羟基和羰基等基团,为PVDF膜的进一步功能化改性提供了条件。活性中心和偶联剂的引入增强了杂化膜两相之间的作用力,形成的纳米粒子对膜具有增强和增韧效果。三、PVDF/Al2O3成膜机理的研究通过对异丙醇铝(AIP)影响杂化制膜液体系相行为及凝胶沉淀过程动力学的分析,探讨异丙醇铝对杂化膜结构和性能影响的机理。结果表明,加入异丙醇铝后杂化铸膜液的粘度增加,随着AIP含量的增大,改变了杂铸膜液体系的相平衡关系,使其成为热力学不稳定体系,降低了对非溶剂的容纳能力,从而加速了铸膜液的凝胶化过程。凝胶化初期成膜过程胶凝速度最快,之后随时间的延长而逐渐减慢。不同的铸膜液体系的胶凝速度不同。随着AIP含量的增多,胶凝速度增加,体系发生相分离的速度变快,但当AIP含量过高时,凝胶速率反而变慢。四、PVDF/Al2O3膜生物反应器处理高浓度松香废水的研究将制备的杂化膜组成一体式膜生物反应器处理松香污水,利用镜检生物相的方法来直观判断膜生物反应器的运行状态,对实验各阶段的微生物生长情况、污泥性能,废水处理效果进行了分析,结果显示,在活性污泥培养驯化过程中,随着菌胶团的形成并逐渐长大,生物的种类也发生根本变化。结果还表明HRT、DO值和污泥浓度对膜生物反应器处理效果有较大影响。当膜生物反应器中污泥浓度为6000mg/L,溶解氧(DO)值为2mg/L,水力停留时间(HRT)为8h时,膜生物反应器对COD去除率达到90%左右,BOD去除率在88%左右。