关键词： 聚酰胺纳滤膜   聚乙烯醇   羟丙基甲基纤维素   高渗透性涂层   抗污染  

摘要： 膜污染会导致膜渗透通量和出水水质的下降,是制约聚酰胺复合膜应用发展的主要因素之一,因此提高聚酰胺复合膜的抗污染性是十分必要的。聚乙烯醇(PVA)作为一种中性的亲水性材料,具有化学结构稳定、亲水性良好以及成膜性好等优点,常被用于制备聚酰胺复合膜表面抗污染涂层,但是由于其易结晶的特点,导致制备的PVA抗污染涂层渗透性较差,因此如何提高PVA涂层的渗透性能具有十分重要的意义。本课题以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为功能改性材料,以戊二醛为交联剂,采用涂覆-交联工艺,在聚酰胺纳滤膜表面构建高渗透性PVA/HPMC抗污染涂层。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测定仪、Zeta电位仪等表征分析来探究PVA/HPMC涂层对复合膜表面的化学结构、表面微观形貌、亲水性、荷电性和粗糙度的影响;采用错流渗透实验来探究PVA/HPMC涂层对涂覆膜的分离性能、抗污染性能的影响,并对涂层的稳定性进行评价。得到的研究结果如下所述:(1)膜表面物理化学性质研究表明:采用涂覆交联工艺可成功在聚酰胺复合膜表面构建高渗透性的PVA/HPMC涂层。FTIR图谱中在1026 cm处出现新的醚键(C-O-C)特征吸收峰,表明PVA、HPMC与GA之间的发生了交联反应;PVA/HPMC涂层能有效降低聚酰胺复合膜的表面粗糙度及表面电负性;XRD表征表明,与PVA涂层相比,PVA/HPMC涂层结晶度明显下降。(2)分离性能研究表明:通过共混HPMC,可有效降低PVA涂层的水渗透阻力。纯PVA涂层的渗透阻力为1.402×10m,而PVA/HPMC涂层的渗透阻力为0.810×10m,下降42.1%;GA交联的PVA涂层的水渗透阻力为1.744×10m,而GA交联的PVA/HPMC涂层的水渗透阻力则为1.107×10m,下降了36.5%。(3)抗污染实验表明:PVA/HPMC涂层可有效提高聚酰胺纳滤膜对荷正电污染物的抗污染性能,但会降低膜对荷负电污染物的抗污染性能。共混HPMC不影响PVA涂层的抗污染性能。原始PA膜、PA-PVA-GA膜和PA-PVA/HPMC-GA膜对阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵水溶液的通量损失率分别为64.5%、46.7%和44.4%,对阳离子染料维多利亚蓝B水溶液的通量损失率分别为59.3%、32.9%和32.5%,对阳离子染料中性红水溶液的通量损失率分别为75.7%、49.1%和49.5%,对牛血清蛋白水溶液的通量损失率分别为25.9%、35.8%和37.1%。(4)稳定性实验表明:采用静态浸泡实验发现,PVA/HPMC-GA抗污染涂层具有很好的的耐热、酸和碱稳定性。经90℃热水浸泡4h以及在pH=2.0的盐酸水溶液和pH=12的氢氧化钠水溶液浸泡500 h后,涂层渗透阻力及抗污染性能均保持不变。

关键词： 渗透能   压力延滞渗透   膜污染   硫酸酯化超支化聚缩水甘油醚   季铵化线性聚乙烯亚胺  

摘要： 当今世界能源消耗和温室气体排放的快速增长刺激了可再生能源作为替代燃料的探索。渗透能是由不同盐度的水流混合而释放的渗透压梯度能量,是一种清洁、可持续且基本上未开发的能源资源,具有很大的前景。其中,用于压力延滞渗透法(pressure retarded osmosis,PRO)的膜的制备工艺日趋成熟,使得渗透发电越来越可能实现。然而,PRO膜的多孔层容易被进料液中污染物所污染,从而降低膜性能以及发电量。为了解决这个压力延滞渗透发电的核心问题,本论文采用化学表面接枝的方法将具有抗污性能的聚合物接枝到膜多孔层上,从而提高PRO膜抗污性能和长期稳定性。本论文主要分成三章。在第一章中,对渗透能以及PRO进行简单的介绍,重点介绍了PRO膜的发展、污染情况和目前已有抗污的策略。在第二章中,通过阴离子开环聚合的方法制备了HPG,然后用α-硫辛酸和氨基磺酸进行官能团修饰,制备带负电的硫酸酯化超支化聚缩水甘油醚(sulfated hyperbranched polyglycerol,SHPG),最后通过迈克尔加成反应将SHPG接枝到聚多巴胺(polydopamine,PDA)修饰的聚醚砜(poly(ether sulfone),PES)中空纤维膜多孔层上,得到PES-g-SHPG膜。对PES-g-SHPG膜进行抗细菌吸附、抗蛋白质吸附以及PRO过程抗污测试,结果证明PES-g-SHPG的抗细菌吸附和抗蛋白吸附性能比未改性的PES膜要强。在不同操作压力的PRO测试中,相比于未改性的PES膜,PES-g-SHPG膜的通量下降更少并且反洗恢复率更高。在第三章中,针对SHPG涂层在长时间污染后出现涂层微损伤的现象进行自修复研究:一旦涂层被破坏,裸露的PES多孔层就会有细菌等微生物附着和增殖,进一步破坏未损坏抗污涂层;实验中先将聚(2-乙基-2-唑啉)在硫酸的条件下进行水解制备线性聚乙烯亚胺(linear polyethyleneimine,LPEI),然后用碘甲烷进行季铵化制备季铵化线性聚乙烯亚胺(quaternized linear polyethylenimine,QLPEI),最后通过迈克尔加成反应以及静电作用将QLPEI接枝到PES-g-SHPG膜上,制备了因静电相互作用而具有高迁移率的可自修复涂层,即PES-g-SHPG-QLPEI膜;对PES-g-SHPG-QLPEI膜进行抗细菌吸附、抗蛋白质吸附以及PRO过程抗污测试,结果证明PES-g-SHPG-QLPEI膜抗污性能强于未改性之前的PES膜。为了检验PES-g-SHPG-QLPEI膜在污水中的自修复特性,将PES-g-SHPG膜和PES-g-SHPG-QLPEI膜浸泡在真实的城市污水中两个月进行老化处理。在抗菌和抗蛋白测试以及PRO抗污测试中,老化后的PES-g-SHPG膜的抗污性能比未老化之前的膜要弱一点,而老化处理后的PES-g-SHPG-QLPEI膜跟未老化的膜的抗污能力基本相同,这说明了该涂层具有自修复特性。

关键词： 多元耦合仿生   自清洁表面   铝合金   喷丸   电化学氧化  

摘要： 随着节约能耗和减少排量的要求逐渐提高,轻量化已经成为全球汽车行业发展的必然趋势。而铝和铝合金由于比重小、比强度高,具有良好的成形性能、力学性能、物理性能以及工艺性能,被广泛应用于航空航天、交通运输、海洋船舶等领域,特别是在汽车轻量化方面发挥了重要作用。然而,大部分汽车生产企业主要关注于铝合金表面的耐磨性、耐蚀性等使用性能,而忽视了对表面抗污自清洁性能的要求。近年来,随着对仿生工程学的研究不断深入,人们逐渐找到了一种克服这一难题的新方法。在大自然中,蚯蚓、蜣螂等动物体表的某些部位呈多尺度微观结构,这种特定结构减小了液体与动物体表的接触面积,增大了液体在体表的接触角,与某些植物叶面的“荷叶效应”的原理极其相似。这种“荷叶效应”实质上是表面形态、结构与材料的耦合,即表面蜡质材料和微观粗糙结构的协同作用使得生物体表具有抗污自清洁性能。因此,本文基于多元耦合仿生理论和自清洁理论,采用喷丸和电化学氧化技术制备铝合金抗污耐蚀自清洁表面,对于改善铝合金使用性能、加快铝合金在汽车轻量化方面的应用具有重要意义。具体研究内容如下:(1)本文首先对抗污自清洁表面的相关理论和模型进行研究,并选用Cassie模型作为制备铝合金抗污自清洁表面的基础模型。并对生物仿生相关理论和应用进行分析,指出进行多元耦合仿生,即在非光滑形态表面上再进行微纳米多层结构构建,最后再进行表面低能化处理,该理论是本文制备铝合金抗污自清洁表面的理论依据和参考。(2)运用喷丸工艺在铝合金表面塑造微米凹坑结构。研究了喷丸工艺参数对表面形貌、表面接触角、表面黏着能等表面性能的影响作用,并对工艺参数进行了优化,优化后铝合金表面的接触角和滚动角分别达到148.4°和2.5°。铝合金试件经喷丸和氟化处理后,虽然滚动角远小于10°,但接触角并没有达到150°,从而表明一元微米凹坑结构即使经过低能化处理,但没有达到理想的超疏水性能。(3)用电化学氧化方法在铝合金表面制备纳米珊瑚状结构。研究了电化学氧化工艺参数对表面形貌、表面接触角、表面黏着能等表面性能的影响作用,并对工艺参数进行了优化。优化后铝合金表面接触角为163.5°、滚动角为13°。铝合金试件经喷丸和氟化处理后,虽然接触角大于150°,但滚动角并没有降到10°以下,从而表明一元纳米珊瑚状结构即使经过低能化处理,也没有达到理想的超疏水性能。(4)将喷丸工艺和电化学氧化方法相结合,即在喷丸塑造的表面凹坑微米结构上再经电化学氧化处理,构造出珊瑚状纳米结构,最终形成微纳米双重复合结构。还对氟化修饰后的铝合金表面进行了微观形貌、水滴接触角、表面黏着能、硬度等性能进行了分析。铝合金试件经喷丸、电化学氧化和氟化处理后,接触角达到153°,同时滚动角降至5°。由于接触角和滚动角都能满足超疏水表面的要求,从而表明微纳米双重复合结构经过氟化修饰后,具有良好的抗污自清洁性能。同时表面EDS能谱分析与电化学测试结果表明,本文所制备的抗污自清洁表面,具有优异的耐蚀性能。

关键词： 生物材料   聚乙烯醇   透明质酸   表面改性   抗污材料   人工角膜  

摘要： 角膜疾病是眼科的常见多发病,它具有很高的致盲率,其中80%可以通过角膜移植手术脱盲。然而,传统的角膜移植手术有两大弊端,一是角膜供体来源困难,二是对新生血管多的角膜病患者手术成功率极低,如严重化学和热烧伤的患者、多次角移植失败的患者、有严重干眼症的患者等。人工角膜的出现正能解决这两个问题,所以人工角膜就成为这些患者复明的希望。目前人工角膜可以分为组织工程角膜和人工合成角膜两大类。虽然已有组织工程角膜进入临床的报道,但是效果并不理想,因此人工合成角膜是恢复视力的有效选择。目前临床使用的人工合成角膜在植入后仍有很多的并发症,如干眼病、感染、眼内炎、形成后增殖膜和青光眼等。蛋白质的吸附是生物膜形成的第一阶段,生物膜一旦出现就很难除掉,甚至会对抗生素产生抗性,随后出现细菌感染、血小板粘附导致血栓产生等一系列问题。蛋白质粘附还会导致角膜透光率下降,降低人工角膜假体的使用价值。所以本文致力于研究一种亲水性强、具有抵抗蛋白质粘附能力的角膜材料。本论文以高分子聚乙烯醇(PVA)为基材,通过冷冻-解冻法制作人工角膜中心区本体。为了增加本体表面亲水性和抗污能力,通过不同方法,在本体表面接枝透明质酸分子,并对其相关性能和生物相容性进行研究,主要研究内容和结果如下:1、通过冷冻-解冻法制作PVA水凝胶膜,再通过增加连接桥使膜表面-NH官能团化,增加表面反应性;通过对透明质酸的改性,增强其溶解性,使其反应不再局限于水溶剂中,增大反应范围;最后通过透明质酸的-COOH与膜上-NH进行酰胺化反应,使透明质酸接枝到聚乙烯醇膜表面。结果表明:接枝透明质酸后的膜表面亲水性加强,水接触角从40.1°降至最低10.3°;含水率均在68%以上,具有良好的蓄水能力;接枝后透光率略微下降,但仍保持在90%以上,;抗蛋白吸附能力显著提高,吸附量由原来的8.91μg/cm降至最低2.86μg/cm;体外细胞毒性分级为0级,且接枝后膜表面具有良好的抗细胞粘附性能。2、将透明质酸双键改性,通过对透明质酸和甲基丙烯酸酐投料比的控制实现对透明质酸双键率的调控。然后采用两种体系引发自由基聚合反应,将双键化透明质酸聚合接枝在聚乙烯醇膜表面。结果表明:接枝透明质酸后膜表面亲水性加强,接触角从40.1°开始下降,AIBN有机溶剂体系引发制备样品最低降至27.0°,AIBI水体系引发制备样品最低降至11.5°;含水率在72%以上,具有很强蓄水能力;接枝后膜依然保持透明,透过率在90%以上;抗蛋白吸附能力显著提高,吸附量由原来8.91μg/cm降至最低2.9μg/cm;体外细胞毒性分级为0级或1级,且接枝后膜表面具有良好的抗细胞粘附性能。3、通过在PVA膜表面接入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵分子,实现PVA的阳离子化,再通过简单离子交换吸附的方法将聚阴离子透明质酸接枝到聚乙烯醇膜表面,方便快捷。结果表明:接枝透明酸后膜表面亲水性加强,接触角从40.1°开始下降,最低降至15.5°;含水率在73%以上,具有很强蓄水能力;接枝后膜依然保持透明,透过率在92%以上;抗蛋白吸附能力显著提高,吸附量由原来8.91μg/cm降至最低2.7μg/cm;体外细胞毒性分级为0级或1级,且接枝后膜表面具有良好的抗细胞粘附性能。

关键词： 膜分离   仿生矿化   结构调控   抗污染   油水分离  

摘要： 随着工业化的进程,水资源的短缺和污染已经成为全世界面临的一个严峻问题。由于膜技术在分离领域具有能耗低、单级分离效率高、过程灵活简单、环境污染低、通用性强等优点,因此被广泛的应用于工业废水、含油废水和生活污水的处理。膜技术在过去的几十年内取得了长足的进步,然而膜污染却成了限制膜技术进一步发展的瓶颈问题,因此,如何有效的控制和降低膜污染成为膜分离领域的关键,其中制备高性能的抗污染膜被认为是能解决膜污染问题的主要途径。近年来,纳米材料合成及其在表界面工程方面的研究为抗污染膜材料的设计与制备提供了新思路。本文系统地综述了近年来纳米材料在抗污染膜制备及结构调控方面的研究进展,并进一步创新纳米材料合成及组装方法,基于本体结构调控、表面结构调控两种策略制备抗污染膜材料,实现膜抗污染性能、分离性能、机械性能的强化。基于本体结构调控实现膜性能强化的思路,通过原位仿生矿化的方法,将含氨基的小分子矿化诱导剂多巴胺(DA)引入铸膜液原位诱导二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(Ti-BLADH)进行水解缩聚生成多巴胺/TiO杂化纳米粒子(DA/TiO HNPs),该铸膜液经非溶剂诱导相转化制得PVDF/DA/TiO杂化膜。原位生成的DA/TiO HNPs可赋予PVDF/DA/TiO杂化膜更好的表面亲水性、高表面能、水下超疏油性、更多孔结构以及更好的机械性能。结果表明,PVDF/DA/TiO杂化膜水通量可提升至PVDF/DA对比膜的4倍(171.8 L/(mh)),使用1 g/L水包油乳液作为进料液进行油水分离时,PVDF/DA/TiO杂化膜通量恢复率可高达95%,显著高于PVDF/DA对比膜。基于本体结构调控实现膜性能强化的思路,首先结合单宁酸的儿茶酚化学特性与二氧化钛的仿生矿化化学,合成了具有多级结构的TA/PEI@TiO有机-无机杂化纳米粒子(TPTi HHN),然后运用共混的方法将TPTi HHN引入PVDF基质,通过相转化制备PVDF/TPTi杂化膜。TPTi HHNs赋予PVDF/TPTi杂化膜更高的孔隙率、分级粗糙度、更好的亲水性和水下超疏油性。TPTi HHNs的引入可显著提升PVDF/TPTi杂化膜的抗污染性能。当用于分离1 g/L水包油乳液时,PVDF/TPTi杂化膜通量恢复率可达92%。即使用更高浓度(10 g/L)的水包油乳液进行三个循环的测试,PVDF/TPTi膜仍可保持高通量及85%的通量恢复率。基于表面结构调控实现膜性能强化的思路,首先富含儿茶酚基团的单宁酸(TA)与过渡金属离子Ti在PVDF微滤膜表面及孔道表面进行组装形成的金属-多酚杂化网络层(TAT),实现膜的表面功能化,随后通过TAT涂层调控ZIF-8纳米晶体在膜表面原位生长,创建微纳结构,最后通过TAT的再组装进一步增强膜表面的亲水性,制备具有超亲水特性的PVDF/TAT/ZIF-8/TAT膜。PVDF/TAT/ZIF-8/TAT膜亲水化学组成和微纳结构的协同作用赋予膜超亲水性、水下超疏油性和优异水包油乳液分离性能。在0.05 MPa的压力下,该膜的水渗透通量可达6649.4 L/(mh)(相对于原始PVDF膜提升55.4%),对四种水包油型乳液(泵油、十六烷、豆油、机油)的截留率都高于99.9%,此外,改性后的膜具有较好的抗污染能力及稳定性,即使用5 g/L的泵油进行5个循环的连续测试,PVDF/TAT/ZIF-8膜依然能维持超高水渗透通量(5500.0 L/(mh))。

关键词： 乙烯-乙烯醇共聚物   浸没凝胶法   微辊轧   超滤膜   抗污染  

摘要： 污染现象是制约膜过程广泛应用的瓶颈,尤其对于超滤过程而言,探究膜污染机理和开拓遏制膜污染的新方法已成为超滤领域内的关注热点。本文以处理聚合物超滤膜为起点,以解决超滤膜污染为研究点,采用浸没侵蚀、浸没侵蚀-320目辊筒辊轧、浸没侵蚀-220目辊筒辊轧的处理方法,制备了不同膜表面形貌的EVAL超滤膜,期待特殊表面形貌发挥抗污染性能。采用场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对不同方法处理的膜表面进行表征,结果表明:浸没侵蚀-辊筒辊轧法对于改变膜表面粗糙度确有其用,与基膜相比,粗糙度增大。通过SEM观察膜表面、断面形貌,再辅以膜孔隙率、截留率的测量,结果表明:浸没侵蚀-辊筒辊轧法可以改变膜表面皮层形貌,但并未改变膜原有的不对称结构。通过测量不同处理方法制备的膜静态接触角,以及计算纯水通量,结果表明:此种膜表面物理改性方法增大了对水分子的亲和能力,但也在其中造成差异,这说明辊轧处理与模板目数是影响膜亲水性的两方面因素。为了进一步考察膜表面形貌对于膜污染的影响,选用牛血清蛋白(BSA)作为超滤膜分离特性和抗污染性的研究物系,通过静态污染、动态过滤两方面的实验,对比了引入污染物前后膜表面的污染形态、接触角变化、通量变化,接着测量了几种膜的通量恢复率、总污染指数、可逆污染指数和不可逆污染指数,发现:侵蚀辊轧操作给予膜表面特有的粗糙度结构,此种结构对于BSA吸附有显著降低,通过电镜照片反映出320目辊轧膜表面吸附BSA情况最低,另外0.15MPa下320目辊轧膜的通量恢复率为79%,高于其它三种膜。膜表面形貌与污染物粒径大小关系角度、污染物颗粒受膜表面微凸体斥力角度分析320目辊轧膜抗污染的原因。基于一些考察超滤膜抗生物污染的研究方法,制备了初级大肠杆菌工作悬浮液,通过静态生物膜污染、动态过滤渗透通量的实验方法,主要探讨生物菌体、溶液杂质在膜表面的吸附和生物污染对膜通量衰减的影响,前者使用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜直接观察,结果发现220目辊轧膜加剧了膜表面对菌体的吸附,图中相同膜面积下出现的长丝状菌体更多,激光共聚焦显微镜下的荧光区域表明320目辊轧膜吸附污染物量最少,同时表面结构保持清晰。动态过滤实验表明,320目辊轧膜对大肠杆菌稀释液的渗透通量最大,为25°C纯水通量的91%,这显示侵蚀-辊轧处理对于减少细菌吸附和易清洁角度效果。

关键词： 阴离子交换膜   膜污染   表面改性   电化学阻抗谱   抗污染性能  

摘要： 电渗析技术具有浓缩倍数大、淡水回收率高、脱盐率可调等优点,在工业废水脱盐处理中具有广泛的应用前景,然而膜污染问题尤其是有机物对阴离子交换膜污染严重,成为限制工业废水电渗析脱盐技术大规模应用的“瓶颈”问题。本论文通过考察基膜性质、有机物分子结构和浓度等对阴离子交换膜有机污染的影响,探讨代表性有机物对阴离子交换膜的污染行为及其电化学性质的变化,揭示电渗析过程中阴离子交换膜有机污染的形成机理;进一步探讨通过表面改性提高阴离子交换膜的抗污染性能,研究修饰组分、改性方法和工艺条件等对改性膜性质的影响规律,获得膜表面改性的优化工艺,并制备具有良好抗污染性能的新型改性阴离子交换膜。主要研究内容及结果如下:（1）研究代表性有机物造成电渗析阴离子交换膜污染的性质及对离子跨膜迁移行为的影响。以十二烷基硫酸钠（SDS）作为模型污染物,浓度较低时,SDS在溶液中单分子分散,均匀分散吸附在阴离子交换膜表面或堵塞膜孔道,改变离子的跨膜迁移路径;当溶液中SDS浓度高于100 mg/L时,SDS分子在膜表面积聚形成胶束,导致其形成致密污染层附着在膜表面,造成膜面电阻急剧增大,几乎完全限制离子的跨膜迁移;膜清洗可以去除附着在膜表面的大部分SDS污染层,但堵塞在膜孔道的SDS不能完全去除。结果表明,SDS对阴离子交换膜造成不可逆污染,而且膜表面附着的污染层是导致其性能恶化及限制离子跨膜迁移的主要因素。（2）研究阴离子交换膜性质及有机物分子结构对阴离子交换膜有机污染的影响。发现模型污染物SDS造成不同阴离子交换膜的污染程度不同,其中均相膜（AMX）、半均相膜（AMA）和异相膜（HAEM）的脱盐性能分别下降42.3%、15.3%、9.2%,基膜结构越致密,膜污染越严重;对比不同有机物分子的膜污染特性,发现甲基磺酸钠（MS）对阴离子交换膜几乎没有污染,苯磺酸钠（BS）和2-萘酚-6-磺酸钠（NSS）造成轻微膜污染,十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）都在膜表面形成致密污染层,造成严重膜污染。（3）探讨低温等离子体对阴离子交换膜进行表面改性,考察等离子体气氛对改性膜物理化学性质及抗污染性能的影响。结果表明,改性膜表面形成新极性基团,如N2等离子体改性膜表面形成酰亚胺基等、O2等离子体改性膜表面形成酯基/羧基、碳酸基等,而且O2等离子体改性膜比N2等离子体改性膜的表面负电荷密度的变化更显著,但其表面亲水性不如N2等离子体改性膜;比较两种改性膜的抗污染性能,发现O2等离子体改性膜的抗污染性能明显优于N2等离子体改性膜,表明等离子体改性膜表面负电荷密度比亲水性的改善更有利于提高其抗污染性能。（4）通过电沉积对阴离子交换膜进行表面改性,探讨不同修饰组分对改性膜物理化学性质及抗污染性能的影响。发现除聚乙烯醇（PVA）外,聚电解质聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、聚乙烯磺酸钠（PVS）、聚丙烯酸钠（PAAS）都可以提高膜表面亲水性及负电荷密度,进而提高改性膜的抗污染性能,而且PSS、PVS修饰膜的抗污染性能优于PAAS修饰膜;表明膜表面改性提高负电荷密度对提高其抗污染性能起关键作用,带磺酸基团聚电解质对提高阴离子交换膜的抗污染性能作用显著,即聚电解质官能团的极性越强,越有利于提高改性膜的抗污染性能。（5）探讨电沉积与层层组装复合改性,考察阴离子交换膜表面沉积聚苯乙烯磺酸钠（PSS）/聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）多层聚电解质对改性膜抗污染性能的影响。发现随着膜表面沉积的PSS/PDADMAC双分子层数增加,改性膜表面负电荷密度及表面亲水性增大,显著提高其抗污染性能;当膜表面PSS/PDADMAC双分子层数高于4.5时,能阻止模型污染物SDS形成污染层,电化学阻抗谱分析和等效电路模拟表明,分散吸附在改性膜上的SDS使膜面电阻增大幅度显著降低,且不会限制离子的跨膜迁移,显著提高改性膜的抗污染性能。

关键词： 纳米技术   水凝胶   抗污染   油水分离   苏州   膜材料   PVDF   膜分离材料  

摘要： 近期,为了解决膜分离材料的抗污染问题,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所靳健研究员课题组在前期工作的基础上,设计和制备了一种磺基甜菜碱型两亲离子性纳米水凝胶接枝改性的PVDF多孔膜(ZNG-g-PVDF)。这一两亲离子性纳米水凝胶的尺寸~50nm,这一纳米级尺寸有助于纳米水凝胶的快速浸润和吸水,从而赋予了PVDF多孔膜超亲水的性质。

关键词： 阴离子交换膜   两性离子   聚多巴胺   抗污染   电渗析脱盐  

摘要： 受贻贝结构的启发,采用聚多巴胺(PDA)涂层沉积在季胺化溴化聚苯醚(QPPO)阴离子交换膜上(Q-PDA),然后通过Michael加成反应将含叔胺官能团的活性分子N,N-二甲基乙二胺(DMDA)接枝到含有伯胺基团的PDA活性层上(Q-P2D)。DMDA功能化后的阴离子交换膜进一步与1,3-丙烷磺酸内酯反应,制备了两性离子表面改性的抗污染阴离子交换膜(QP2DZ)。抗污染实验中,QPPO膜出现了严重的污染现象。由于PDA的亲水性阻碍了有机污染物SDBS在膜表面的粘附和团聚,Q-PDA表现出改善的抗污染性能,其"转变时间"约为109 min。由于PDA表面水合性和带负电荷或电中性的改性层与SDBS之间具有静电排斥力,此二者的双重作用,使SDBS隔离于膜表面而显著增强膜的抗污染能力。

关键词： PVDF膜   等离子体接枝   两性离子化   抗污染性能  

摘要： 为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污染性能,采用等离子体技术将甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)接枝到PVDF膜表面,使其与3-溴丙酸(3-BPA)发生季铵化反应,得到两性离子化改性膜(PVDF-g-PCBMA).利用傅利叶红外光谱仪(FTIR-ATR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测定仪分析改性前后PVDF膜表面化学官能团、结构形态以及亲疏水性的变化.通过动态过滤实验来考察原膜、改性膜对牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)的抗污染性能.结果表明,相比于原PVDF膜,PVDF-g-PCBMA膜的接触角从88.3°降至39.0°,亲水性得到了较大的提高;另外,其在BSA和SA溶液的过滤实验中通量衰减率降低、清洗后的清水通量恢复率升高,体现了两性离子化改性膜良好的抗污染性能.