论文部分内容阅读
聚偏氟乙烯（PVDF）因具有良好的物理化学性能，在室温下耐磨，耐酸碱，耐氯化，抗氧化而成为比较理想的膜材料。PVDF膜被广泛应用于海水淡化、水体净化、废水处理和膜生物反应器等领域。但是在处理废水时，PVDF膜容易被污染由于其具有强疏水性，这导致PVDF膜通量的急剧下降，膜清洗次数频繁，膜使用寿命缩短从而限制了PVDF膜的广泛使用。因此对PVDF膜进行改性制备出亲水性强的PVDF膜来减少清洗次数、延长膜的使用寿命具有十分重要的意义。本文结合TiO2粒子的光催化性能和SO42-/ZrO2粒子的固体超强酸性，制备出有序介孔ZrO2/void/TiO2固体超强酸（ZVT）核壳粒子，将粒子均匀分散在PVDF中对其进行改性。含油废水处理过程中一些小分子有机物吸附在PVDF膜孔内壁与ZVT粒子接触，通过介孔通道到达TiO2光催化活性中心，在紫外灯照射下有机物分子被降解为CO2和H2O，减轻了有机物对膜造成的污染；SO42-/ZrO2粒子产生的强质子酸中心在PVDF膜表面形成低pH值的酸环境，起降解部分无机氧化物粒子的作用，减轻了无机氧化物对PVDF膜造成的污染。SO42-/ZrO2粒子产生强质子酸的同时产生大量的羟基，大大提高了PVDF膜的亲水性，此外，ZVT粒子的填充提高了PVDF膜的机械性能。将ZVT粒子均匀分散在PVDF铸膜液中制备ZVT/PVDF复合膜，其制备工艺条件为：溶质PVDF含量为20wt%，溶剂DMAc含量为70wt%，致孔剂PVP-K30含量为5wt%，ZVT粒子与PVDF的质量比为15:100。对ZVT/PVDF复合膜进行SEM、接触角以及力学性能测试，SEM测试表明ZVT粒子均匀分散在PVDF膜孔道内，接触角测试表明ZVT/PVDF复合膜的水接触角为33.9°远小于纯PVDF膜的67.4°，亲水性大大提高，力学性能分析表明ZVT/PVDF复合膜的拉伸强度和抗压实性能都得到了显著的改善。将ZVT/PVDF复合膜用于含油废水的处理，透过液中油含量小于10mg/L，固体悬浮物含量小于5mg/L，达到油田采出水回注技术推荐标准。通过光催化实验可以看出ZVT/PVDF复合膜具有良好的光催化性能，通过化学清洗实验的对比分析，结果表明ZVT/PVDF复合膜自身具有部分酸洗功能。因此，ZVT/PVDF复合膜在含油废水处理等领域具有良好的应用前景。最后，本文对ZVT/PVDF复合膜的除污机理以及ZVT粒子与PVDF链之间的作用机制进行了研究分析。