超亲水涤纶织物和聚偏氟乙烯多孔膜的制备与应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yushui223
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石化、钢铁、焦化、食品加工等行业产生的含油废水对全世界范围内的自然环境、生态系统和人类健康都产生了极大的威胁。将基于织物、金属网和聚合物膜的超亲水多孔材料应用于油水分离中,是目前最方便、高效的处理方法之一。但现有超亲水多孔材料存在制备工艺复杂、可循环使用性差、不能吸附重金属离子等不足,限制了其在实际生产生活中的应用。本论文旨在采用简单的方法制备得到超亲水多孔材料以实现高效的油水分离。本论文的主要研究内容和结果包括:(1)将等离子体处理的涤纶织物浸入氨基化的多壁碳纳米管(MWCNTs-NH2)的水分散液中,得到附着有MWCNTs-NH2的织物;随后将织物浸入银氨溶液中,通过滴加葡萄糖溶液使银离子原位生成银纳米颗粒(Ag NPs)并被MWCNTs-NH2上的氨基固载在织物上;最后利用银与巯基之间所形成的Ag-S键,将L-半胱氨酸(L-cys)固载在银纳米颗粒上,得到氨基化多壁碳纳米管@银纳米颗粒@L-半胱氨酸(MWCNTs-NH2@Ag NPs@L-cys)超亲水涤纶织物。采用扫描电镜(SEM)、全反射红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测量仪(CA)等测试手段研究了MWCNTs-NH2分散液的质量浓度、银氨溶液中Ag NO3的质量百分数对织物表面形貌和亲水性能的影响。结果表明,当处理条件为3 mg/m L的MWCNTs-NH2、1 wt%的Ag NO3和30 mg/L的L-cys时,织物的水接触角可在18 ms内降低至0o,水下油接触角为155o;同时对织物的油水分离性能和Cu2+吸附性能进行了研究,发现织物具有高分离效率和良好的吸附性能。(2)采用(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(KH590)对纳米二氧化硅颗粒(Si O2)进行表面改性,制得表面带反应性巯基的改性纳米二氧化硅颗粒(Si O2-SH);然后将涤纶织物浸入含Si O2-SH、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和光引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮(Darocur 1173)的乙醇溶液中,取出后在紫外光的照射下,通过巯-烯点击反应,制得超亲水涤纶织物。通过扫描SEM、ATR-FTIR和CA等探讨了Si O2-SH的添加量、M(PEGDMA)/M(DMC)的比例和紫外光辐照时间对所制备织物表面形貌和润湿性的影响。结果表明M(PEGDMA)/M(DMC)比例为1:3、紫外光辐照180 s、Si O2-SH添加量为10 wt%时,PEGDMA和DMC上的双键基本反应完全,水接触角可在18 ms内降低至0o,水下油接触角为143o。此外,织物还具有良好的耐磨性和耐胶带剥离性,并可成功应用于油水分离领域中。(3)以聚偏氟乙烯(PVDF)粉末为原料,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分别为溶剂和成孔剂,通过溶液相转化法制备得到具有微-纳孔洞的聚偏氟乙烯多孔膜;然后通过多巴胺(DA)的聚合在PVDF多孔膜的表面生成一层聚多巴胺(PDA),得到PDA@PVDF多孔膜,并利用L-半胱氨酸(L-cys)上的氨基与PDA的邻苯二酚结构发生席夫碱反应引入巯基和羧基,最后再利用L-cys的巯基与[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)的双键发生巯-烯点击反应,制得SBMA-(L-cys)-PDA@PVDF超亲水膜。通过SEM、ATR-FTIR、XPS和CA等测试手段研究了PVP添加量和多巴胺聚合时间对PVDF多孔膜微观形貌及表面润湿性的影响,并对经过不同步骤制备的膜的化学结构和润湿性进行了表征和对比分析。结果表明,当制备条件为5.0 wt%的PVP添加量、22 mmol/L的高碘酸钠、2 h的多巴胺自聚合时间、1.21 g/L的L-半胱氨酸时,SBMA-(L-cys)-PDA@PVDF多孔膜的水接触角在1.5 s内降低至0o,且在水环境下对各种油的接触角均大于150o。此外,超亲水PVDF多孔膜可应用在乳液分离应用中,具有高分离效率、大过滤通量和循环使用性。
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