摘 要

水污染问题的日趋严重使膜分离技术备受关注，PVDF因其优异的成膜性能，耐化学腐蚀性，热稳定性和机械性能，被广泛用作膜材料。然而PVDF薄膜容易受污染而堵塞，降低过滤效率和效果，对PVDF薄膜进行亲水性改性可以有效解决这一问题。

本文选择亲水性聚合物PEGO接枝PPTA的两亲性共聚物sf-PPTA与PVDF复合，采用静电纺丝制备了不同PEGO接枝比的PVDF基复合膜，并采用SEM、XRD、FTIR等手段对复合膜的形貌进行了表征，通过热重分析、水接触角实验、水通量实验、抗菌实验、抗蛋白质污染实验等对复合膜的热学性能，亲水性，抗菌性进行了表征。结果表明sf-PPTA有效改善了PVDF薄膜的亲水性，随着添加的接枝共聚物sf-PPTA的PEGO接枝比的增加，水通量、抗菌性和抗蛋白质污染性能都提高了，但当PEGO接枝比过高时，复合膜的热稳定性降低了，热分解温度为340℃，较原膜降低了129℃。

关键字：聚偏氟乙烯膜；亲水性改性；自流动芳纶

Abstract

Water pollution is becoming a more and more serious problem.，which brings the Membrane separation technology to great concern. PVDF is widely used as membrane material because of its excellent film-forming properties, chemical resistance, thermal stability and mechanical properties. However, PVDF membrane is easily contaminated and get fouling, reducing it’s filtration efficiency and effectiveness. the hydrophilic modification of PVDF membrane can solve this problem. In this paper, the amphiphilic copolymer sf-PPTA,grafted with hydrophilic polymer PEGO, was combined with PVDF, then the PVDF composite membrane with different grafting ratios of PEGO were prepared by electrospinning. The morphology of PVDF composite membrane were characterized by SEM , XRD and FTIR.The thermal properties, hydrophilicity and antibacterial properties of the composite membrane were characterized by thermogravimetric analysis, water contact angle test, water flux test, antibacterial test and anti-protein pollution test. The The results showed that sf-PPTA could improve the hydrophilicity of PVDF membrane. With the increase of grafting ratio of PEGO, the property of water flux, antibacterial and anti-protein pollution were improved. But when the grafting ratio is too high, thermal stability of PVDF membrane decreased, the thermal decomposition temperature is 340℃ and is reduced by 129℃ compared with the original membrane.

Key words:PVDF membrane；Hydrophilic modification；sf-PPTA

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 PVDF膜简介 2

1.3 PVDF膜成型方法 3

1.3.1 热致相分离法（TIPS） 3

1.3.2 非溶剂致相分离法（NIPS） 4

1.3.3 蒸发法致相分离法（VIPS） 4

1.3.4静电纺丝法 4

1.4 PVDF膜改性及研究进展 5

1.4.1 表面改性 5

1.4.2 共混改性 6

1.5 本课题的研究目的与意义 8

第2章 实验部分 9

2.1 实验原料 9

2.2 实验设备 9

2.3实验步骤 9

2.3.1 PVDF复合膜的制备 9

2.3.2 PVDF复合膜的表征 10

2.4结构分析与性能研究 12

2.4.1 PVDF复合膜化学基团分析 12

2.4.2 PVDF复合膜结晶行为分析 13

2.4.3 PVDF复合膜表面形貌分析 14

2.4.4 PVDF复合膜的热稳定性分析 16

2.4.5 PVDF复合膜的水通量分析 16

2.4.6 PVDF复合膜的表面亲水性分析 17

2.4.7 PVDF复合膜的抗菌性能分析 18

2.4.8 PVDF复合膜的抗蛋白质污染性能分析 19

第3章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1引言

水是人类最重要的资源之一，随着工业的发展，水污染变得日趋严重了。为了解决水污染问题，人们利用了多种方法来净化水资源，其中膜分离技术在废水处理中的应用已被证明是一种有效的方法^[1]。膜分离技术有众多优点，其能耗低、分离效率高、操作方便、无污染，因而该工艺的研究与应用得到了广泛关注^[2]。

聚偏氟乙烯（PVDF）因具有优良的化学稳定性、机械性能、热稳定性和成膜性能等特性，成为膜分离领域中广泛应用的膜材料^[3]。但由于PVDF的表面能低，疏水性极强，该材质膜在分离过程中易吸附疏水性有机污染物而导致膜严重污染，降低分离效率，增加成本^[4]。通常认为增加亲水性可以赋予膜抗结垢性^[5]，因为当防水层在水凝胶表面上形成后，可以防止疏水性污染物在膜表面上的吸附和沉积，从而减少结垢，因此对该材质膜进行亲水化改性以提高其抗污染性能十分必要^[6]。对PVDF膜的改性研究主要有两个方面：(1)膜表面化学改性；（2）PVDF膜材料与其它材料共混改性。在PVDF膜的改性方法中,共混改性可实现不同材料间的优势互补，膜材料可选择的范围广，亲和性调节方便，易于加工，因此共混改性成为分离膜改性的主要方向^[7]。

通过共混亲水性聚合物提高PVDF膜的亲水性是一种简单易行的方法，因为在这种方法中，只需将亲水性聚合物溶解到PVDF溶液中后成型即可。常用的亲水性聚合物有聚乙烯醇（PVA），聚乙烯吡咯烷酮（PVP），聚乙二醇（PEG）衍生物，聚丙烯腈（PAN）等。应当注意的是，所选聚合物最好是非水溶性的，否则会在膜的形成过程中释放出来。应用这种方法改善亲水性存在一个问题，即亲水性聚合物与疏水性PVDF基体难相容的问题。为了解决这个问题，研究人员开发了两亲性聚合物改性剂。这种两亲性聚合物添加剂既有亲水基团，又有疏水基团，且完全不溶于水，但可以和疏水性聚合物薄膜结合。疏水长链确保了与PVDF的相容性，亲水链则在相分离过程中由于分离效应而富集在膜/孔表面上，提高了亲水性。除亲水性聚合物外，无机纳米粒子也是另一种重要的改性剂，例如：TiO₂，SiO₂，Mg(OH)₂，Al₂O₃，ZnO，碳纳米管等^[8]。