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摘 要

：本文采用原位杂化改性的方法，将短棒晶纳米凹凸棒石添加到凝固浴中，考察改性凹凸棒石添加量对聚偏氟乙烯超滤膜的机械强度、纯水通量、BSA的截留率等参数的影响。结果表明：当在凝固浴中加入改性凹凸棒石的浓度为400mg·L^-1时，改性膜的机械强度最强，达到2.17MPa，热稳定性最好；改性剂的含量不同，所得改性膜的纯水通量和对蛋白的截留率也不同，当改性凹凸棒石添加量为400mg·L^-1时，改性膜对BSA的截留率最大，达到97.64%，分离效果最好；室温下，当改性凹凸棒石添加量为400mg·L^-1时，改性膜的静态吸附量最小，对蛋白的吸附能力最弱。

关键词：聚偏氟乙烯，超滤膜，膜改性，截留率，分离性能

Abstract:In this paper, to enhance the anti-biofouling ability, surface modification of polyvinylidene fluoride(PVDF) ultrafiltration membrane was performed by in-situ embedmentof attapulgite nanofibers with a low ratio of length to diameter. The effects of the amount of attapulgite nanofibers on the mechanical strength, pure water flux and the rejection rate of BSA were investigated. The results showed that the pure water flux and the rejection rate of BSA increased with the increasing of the attapulgite nanofibers in the water coagulation bath. When the concentration of attapulgite nanofibers was 400 mg·L^-1 in the watercoagulationbath, the mechanical strength of the modified membranewas the strongest and the thermal stability was the best. At the same time, both of the water flux and rejection rate of BSA were the biggest.Furthermore, the static adsorption capacity of the modified membrane is the smallest and the adsorption ability of protein is the weakest at room temperature.

Keywords: polyvinylidene fluoride,ultrafiltration membrane, membrane modification, retention rate, separation property

目录

1 引言 3

1.1 膜分离技术 3

1.2 PVDF超滤膜的制备 4

1.3 PVDF超滤膜的改性 4

1.4 主要研究内容 7

2 实验部分 7

2.1 短棒晶纳米凹凸棒石/聚偏氟乙烯超滤膜的制备 7

2.2 膜的机械强度测试 8

2.3 膜的热稳定性测试 8

2.4 膜的渗透性能及孔径测试 8

2.5 膜对BSA的静态吸附测试 9

2.6 膜分离性能测试 10

3 实验结果与分析 10

3.1 膜的机械强度分析 10

3.2 膜的热稳定性分析 10

3.3 膜的渗透性能及孔径分析 11

3.4 膜对BSA的静态吸附分析 13

3.5 膜的分离性能分析 14

结论 16

参考文献 17

1 引言

1.1 膜分离技术

膜分离技术是一种新型技术，也是一种最有发展前景的技术^[1]。分子水平且粒径大小不同的混合物通过错流过滤或者死端过滤的方式，有选择的通过半透膜的过程，称为膜分离技术。半透膜又称分离膜或滤膜，布满了小孔，可以根据膜孔径大小分为反渗透膜（RO）、纳滤膜（NF）、超滤膜（UF）、微滤膜（MF）等^[2]。其中，最为广泛使用的且先发展起来的是超滤膜^[3]。超滤膜膜孔径在10~100 nm，可以分离直径为5~10 μm的大分子、蛋白质、胶体、乳液、微生物等组分^[3]。超滤膜的结构一般为非对称结构，由支撑层和表皮层组成。其中，支撑层较厚且多孔，表皮层薄而致密并且起主要筛分作用^[4]。超滤膜操作方式简单，操作条件温和，较容易实现，在工业生产中将占有越来越重要的位置。在废水处理、环保、医药工业、食品等领域已经广泛采用了超滤膜分离技术^[2]。

1.1.1 膜分离技术的原理

膜分离技术，即利用膜的选择透过性，借助于外界能量、浓度差或化学位差的推动力，使一定粒径或带一定电荷的分子或离子透过膜孔，其他部分则被截留，从而实现对两组分或多组分混合液体或气体的分离、分级、提纯以及浓缩富集^[5]。特别是对一些性质相似的物质、同分异构体、热敏性、生物物质等混合物的分离，与传统工艺相比，膜分离技术有分离效率高，在常压下操作，没有相变，低制膜成本，工艺简单，能耗低，适用范围广，环境友好等优点。膜分离技术在海水淡化、食品工业、医药业、生物化工、环保等诸多领域中已广泛应用，比传统分离技术更适合。因此可替代许多化工单元操作，如蒸馏、萃取、蒸发、吸附等^[2]。超滤膜分离过程的基本原理如下图1-1所示。

图1-1 超滤膜分离技术基本原理图

1.1.2 超滤膜的成膜材料

目前，广泛应用于商业领域的超滤膜材料有十余种。超滤膜的成膜材料可分为无机材料和有机高分子材料两大类^[6]。无机膜材料又分致密材料和微孔材料两大类。有机高分子膜材料有原料来源广、易加工、价格低等优点，因此广泛应用于工业生产^[7]。有机高分子材料主要分类有：纤维素酯类、聚砜类、聚烯烃类、氟材料等。其中，氟材料中如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE），具有优良的机械强度和耐高温、耐侵蚀性能，可在强酸、强碱和多种有机溶剂条件下使用等优点，较其他有机高分子材料，更被广泛应用。

近年来，随着新成膜材料的出现，膜的种类与应用范围也随之不断增加。超滤膜的制备和应用在我国有了很大的发展和进步^[7]。

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