具有UCST行为的温敏性膜的制备及其性能研究

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近年来,分离膜技术得到了快速发展,已经广泛的应用于我们生活的很多方面。但是传统膜的孔径不易改变和单一的选择性,严重限制分离膜的应用。多功能的智能膜应运而生,这种多功能智能膜能够对外界的环境刺激做出一定的响应。相比于其它环境刺激,温度是比较好控制的因素,因此温敏性智能膜成为了智能膜研究的热点。论文通过相转化法来制备聚丙烯腈(PAN)膜,然后将制备的PAN膜用碱处理,引入酰胺基团,获得具有高临界溶解温度(UCST)行为的温敏性智能膜。通过扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征证明改性PAN膜的成功制备。通过用不同温度的水进行过滤实验来考察膜的热响应性。通过膜在不同温度下对牛血清蛋白(BSA)的吸附、脱附实验来进一步考察膜的热响应性能,研究发现同一碱处理条件下改性PAN膜在20℃下的BSA吸附量比在60℃下吸附量多。将膜进行BSA溶液污染实验,用60℃的水对污染的改性PAN膜进行清洗时,通量恢复率达到了90%以上。PAN膜碱处理的实验中,发现碱溶液对膜进行处理时,膜的机械性能会受到一定程度的影响,从而影响着膜的普遍适用性。为了能改善膜的机械性能,尝试选用综合性能比较好的商品膜进行改性。在紫外光的照射下,通过光引发剂和交联剂将单体AAm、AN聚合接枝在PVDF膜上,通过改变单体的比例,制备了4种不同比例的聚合物改性膜,并对原始PVDF膜和聚合物改性膜进行一系列表征,证明聚合物改性膜的成功制备。通过测试不同温度下的纯水通量来证明了改性膜的热响应性。使用聚合物改性膜M3来考察改性膜的热响应的可逆性。当温度为20℃时,膜通量保持在5339.8±215.0 L·m-2·h-1;当温度为60℃时,膜通量保持在8252.4±375.3 L·m-2·h-1。选用BSA和油水乳化液分别作为蛋白质和油类污染物,对膜进行污染,用不同温度的水对污染的膜进行洗涤。随着清洗水温的升高,不同单体比例的聚合物改性膜在不同的温度下的通量恢复率明显增加。在10次用BSA溶液和油水乳化液过滤过程中,通过用60℃水清洗被污染的聚合物改性膜,通量恢复率保持在94.5±3.1%、94.0±2.8%。研究结果表明所制备两种温敏性膜具有良好的热响应性、抗污染性和智能自清洁性,为温敏性智能自清洁膜的制备及膜污染控制技术提供了一种新的思路。
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