基于改性疏水性PVDF中空纤维膜的MBfR中生物膜特性研究

针对膜生物膜反应器(MBfR)中疏水性PVDF中空纤维膜供氧能力不足及生物亲和性较差等问题,以实验室自制PVDF疏水膜为基膜,采用多巴胺自聚合法制得DOPA/PVDF复合膜,以PVDF原膜及DOPA/PVDF复合膜为基础构建平行运行的MBfR系统,对系统启动及初步稳定运行过程中曝气膜表面的生物膜特性进行研究.结果表明,相比于原膜,MBfR运行初期,复合膜表面微生物附着量较多,复合膜MBfR系统对TOC和NH~+_4-N平均去除率分别为69.4%和28.9%;复合膜表面生物膜优先进入成熟稳定阶段,对TOC和NH~+_4-N平均去除率分别为94.1%和58.1%;MBfR中生物膜形成过程中,复合膜表面生物膜分泌的EPS含量平均值为原膜的1.1倍,生物膜接触角平均值为原膜的1.3倍,疏水性更强;复合膜与生物膜黏附性能优于原膜系统,平均黏附力为43.7 nN,TB-EPS及TB-PN/PS是影响黏附力的主导因素.     

氧化剂高碘酸钠诱发多巴胺自聚合在MBfR膜表面改性中的应用

针对膜生物膜反应器(Membrane Biofilm Reactor,MBfR)研究中疏水性微孔膜氧传质性能不佳等问题,采用自聚合法(多巴胺为单体)对自制疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜进行表面改性,并选用高碘酸钠(Sodium Periodate,SP)为氧化剂,研究氧化剂SP投加对于多巴胺自聚合过程、改性膜性能及稳定性的影响.研究结果表明,与未投加SP相比,投加SP能够通过加速多巴胺的自聚合及聚多巴胺在膜表面的沉积,大大缩短多巴胺表面改性时间(自24h降至6h),同时获得适用于MBfR技术的机械性能、亲水性能、氧传质性能良好的多巴胺改性膜,改性膜接触角自原膜76.5°降低至33.4°,氧总转移系数自原膜0.78×10~(-2) min~(-1)提高为1.58×10~(-2) min~(-1)(原膜的2.03倍).此外SP的投加还可以提高改性膜在极性溶液、强酸、强碱中的稳定性,投加SP改性膜在丙酮、0.1mol/L HCl及0.1mol/L NaOH中的稳定性较未投加SP改性膜分别提高了96.5%,85.1%与48.8%.     

原子转移自由基聚合与高分子膜亲水化/功能化构造

原子转移自由基聚合(ATRP)对膜的亲水化/功能化改性包括对膜基体材料的共聚改性和对膜的表面改性.膜基体材料的改性最多见于PVDF为主链的两亲性聚合物.ATRP对膜的表面改性尤其是膜的表面引发方法,可实现将不同功能性单体接枝到聚合物膜表面,得到了抗污染能力强,生物相容性好,开关响应迅速等多种功能性表面层.直接的表面引发改性是一种高效,灵活的表面修饰/功能化方法,也是目前应用最广泛的改性技术.     

脱硫用PVDF膜的结构调控与性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法制膜,研究了亲/疏水性的添加剂对PVDF膜结构、接触角及气通量的影响;采用含氟表面活性剂 Zonyl 8740对PVDF膜进行疏水改性,通过ATR-FTIR、FE-SEM、接触角等对膜表征,并进行脱硫性能评价.结果表明,疏水性添加剂使PVDF膜表面水接触角提高,添加剂种类对膜气通量有明显影响,在20℃、0.01 MPa实验条件下,PVDF膜最大气通量为85.6 m3/(m2·h),Zonyl 8740涂覆改性后PVDF膜表面疏水性提高,水接触角可达到133.5°,二氧化硫脱除率可达到81.3％.     

聚偏氟乙烯膜亲水化改性研究进展

强疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水化改性是当前分离膜研究的热点之一.对PVDF膜近年来在共混改性、表面化学改性、表面接枝改性等方面的研究进行了综述,并针对PVDF分离膜改性领域今后的研究提出建议,指出膜材料共混改性是今后发展的主要方向.     

采用聚合左旋多巴涂覆及MPEG-NH2接枝对PVDF膜亲水改性的研究

通过涂覆3-羟基-L-酪氨酸(左旋多巴,L-DOPA)和再接枝氨基聚乙二醇单甲醚(Methoxypolyethylene glycol amine,MPEG-NH2)的方式对疏水聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行表面亲水改性.在Tris缓冲溶液中,左旋多巴通过氧化反应形成聚合物,粘附在膜表面形成涂覆层,再通过氨基与聚合左旋多巴的共价结合将MPEG-NH2刷状聚合物接枝到PVDF膜表面.实验通过水接触角、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等测试手段,分析和对比膜改性前后的特征和表面形貌,同时考察原膜、涂覆改性膜和接枝改性膜对乳化油的分离效率和抗污染能力.实验结果表明,左旋多巴涂覆和后续MPEG-NH2接枝改性虽然减小了PVDF膜孔径和纯水通量,但能明显提高膜表面的亲水性和过滤效率,并在乳化液分离实验中提高膜的抗污染性能和膜清洗通量恢复率.     

PVDF/PBS纤维膜的制备及其在油水分离中的应用:基于静电纺丝

通过静电纺丝制备疏水性PVDF/PBS纤维膜,并利用PVDF对PBS进行疏水改性。研究表明,PVDF的引入能使纤维膜的水接触角从86.5°转变至137.4°,表明PVDF能够有效改善PBS的疏水性。并且,PVDF的引入能够显著提高纤维膜的成膜性能与油水分离效率,并使纤维膜的油通量最高可达582L/(m~2·h)。     

两性离子聚合物表面改性的聚偏氟乙烯抗污染膜的制备及性能

提高聚偏氟乙烯(PVDF)抗污染性能是改善PVDF应用效果的重要途径。文中通过自由基聚合的方法将抗污染材料——两性离子类化合物磺酸甜菜碱(DMAPS)接枝到碱处理过的PVDF膜表面。研究了接枝DMAPS后,PVDF膜表面的结构与性能变化,并初步探讨了改性后的PVDF膜对牛血清蛋白的吸附性能。结果表明,在PVDF膜表面接枝DMAPS后,膜表面孔洞减小,亲水性提高。虽然改性后的PVDF膜通量有所下降,但通过牛血清蛋白(BSA)的振荡吸附实验发现,两性离子改性膜表现出良好的抗蛋白质吸附性能。与PVDF原膜相比,改性膜在BSA溶液中通量下降率小,用水清洗后膜通量恢复率高。     

低温等离子体接枝改性PVDF膜

采用低温等离子体接枝技术改性聚偏氟乙烯膜(PVDF),在PVDF膜表面引入疏水性单体苯乙烯,达到改变膜表面孔径的大小和孔径分布的目的.通过傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)对改性前后的PVDF膜表面进行了结构分析,考察了PVDF膜接枝前后官能团的变化.采用示差扫描量热仪(DSC)分析了PVDF改性前后膜的孔径分布,考察了改性条件对膜孔径大小和分布的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观测了PVDF膜改性前后表面形貌的变化.研究了接枝温度、接枝时间等接枝条件对PVDF改性膜纯水通量的影响.结果表明,随着照射时间和接枝时间的延长,PVDF改性膜的孔径分布变窄,纯水通量下降,接枝率提高.     

聚偏氟乙烯膜的亲水化改性研究进展

强疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水化改性是当前分离膜研究的热点之一.从膜本体及膜表面两个角度对PVDF膜的亲水化改性进行了综述,介绍了共混、共聚、化学改性、等离子体处理及接枝改性等多种改性方法的机理、特点及改性效果.     

高分子超/微滤膜的亲水化改性:从PEG化到离子化

众多高分子超/微滤(UF/MF)膜材料存在疏水性强、抗污染能力低下、生物相容性不佳的缺点,限制了UF/MF膜的推广应用,膜材料的亲水化改性被认为是解决这一难题的有效方法,也是近年来膜材料领域的研究热点之一.高分子UF/MF膜的亲水化改性方法可分为物理改性和化学改性两大类,在这些方法中,膜表面的聚乙二醇(PEG)化和离子...     

高疏水表面的聚偏氟乙烯中空纤维膜制备方法研究

采用稀溶液相转化法制备出小粒径的聚偏氟乙烯(PVDF)粒子,然后通过超滤方法将其涂覆在PVDF基膜表面上,得到了高疏水性表面的PVDF疏水膜.初步考察了凝固浴组成和凝固浴温度等稀溶液相分离条件对PVDF粒子的形成以及疏水膜性能的影响.结果表明,通过稀溶液相转化方法可以在基膜表面构建微纳米结构,凝固浴组成对改性疏水膜的表面微纳米结构影响很大,以质量分数为60%DMAc水溶液为凝固浴条件下得到的疏水膜接触角最高,达到144.9°,较基膜的接触角80°显著提高;凝固浴组成对疏水膜的透气系数和透水压力也有影响,透水压力由0.24 MPa提升至0.28 MPa;凝固浴组成对改性后疏水膜的孔径没有明显影响;随着凝固浴温度的升高,接触角呈增大趋势.     

聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水化制备方法研究

提出了一种新的多孔膜表面疏水化处理方法,通过超滤操作,使分散液中聚偏氟乙烯(PVDF)颗粒沉积在PVDF中空纤维膜表面,然后进行干燥处理,利用PVDF材料特有的本体粘附效应,得到表面疏水化改性的PVDF膜。通过超声处理改性后的PVDF膜,验证了表面疏水层与基膜的结合稳定性。初步优化了涂覆工艺条件:预洗酒精体积浓度80%;预洗基膜时间120min;涂覆后膜丝干燥时间60min;PVDF颗粒固含量0.099%(质量分数);涂覆压力0.050MPa;涂覆时间30min。涂覆后PVDF中空纤维膜内表面接触角从(83±3)°提高至(144±3)°。涂覆后的膜应用于高污染的发酵液膜蒸馏中,抗亲水化时间从180min延长至380min。     

氟树脂对聚偏氟乙烯膜疏水性的影响

采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以氟树脂为疏水助剂,制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜.采用不同偶联剂对疏水助剂氟树脂进行改性,研究了改性氟树脂对PVDF膜疏水性的影响.研究结果表明:添加疏水助剂氟树脂可改善PVDF膜的疏水性.当经偶联刺G502改性的氟树脂添加量为10%时,PVDF膜与水的静态接触角达到120°.通过集灰实验表明添加改性氟树脂的PVDF膜具有较好的疏水性.     

表面引发原子转移自由基聚合在膜分离上的应用

表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)是在材料表面获得可控聚合物刷的一种有效方法。根据膜分离的对象,通过SI-ATRP法引入不同的活化基团,使膜表面"活化",可设计出具有新型结构及性能的分离膜。综述了SI-ATRP技术的特点,介绍了近年来SI-ATRP在膜表面亲/疏水改性、生物相容性及膜制备上的应用,最后对其研究前景作了展望。     

仿生超疏水PVDF膜材的研究与制备

PVDF用于建筑膜材料的表层不能满足防污自洁要求。基于荷叶效应原理,采用模板法制备具有粗糙表面的PVDF膜,以CF4为气氛采用低温等离子体技术对薄膜进行低表面能改性。结果表明,粗糙度对膜的疏水性有影响显著;等离子体改性后膜的疏水性能显著提高,达到静态接触角为166.1°,滚动角1.4°的超疏水;SEM图、AFM图显示膜表面具有类荷叶的微纳米分级结构;等离子改性的条件为处理时间5min,压力60Pa,功率200W。     

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明：PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360～450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m²·h)(跨膜压差：0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.     

聚偏氟乙烯微滤膜的表面改性

采用改良的热诱导聚合技术,在聚偏氟乙烯(PVDF)微滤分离膜表面接枝具有离子交换性能的羧酸基团.采用热重(TG)、差示扫描量热(DSC)、X衍射(XRD)、红外光谱(IR)、环境扫描电镜(ESEM)和X衍射光电子能谱(XPS)对改性PVDF微滤分离膜(PAA-PVDF分离膜)进行表征,研究了改性PVDF分离膜对Cu2 的去除效果.试验结果表明,热诱导聚合技术在PVDF分离膜表面成功接枝了羧酸基团,PAA-PVDF分离膜对Cu2 的去除效果优良.     

有机/无机杂化纳米粒子共混改性聚偏氟乙烯多孔膜及其表面两性离子化的研究

通过表面引发的可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合,制备了聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯嵌段共聚物(PMMA-b-PDMAEMA)接枝改性的有机/无机杂化二氧化硅纳米粒子(BCP-gSiO2NPs),并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液共混,通过传统的非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化分离膜,进一步通过膜表面PDMAEMA链段与1,3-丙磺酸内酯之间的季胺化反应,实现了PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化膜的表面两性离子化。研究结果表明,BCP-g-SiO2NPs的引入以及膜表面的进一步两性离子化显著提高了PVDF膜的亲水性和抗污染性能,是PVDF超滤膜等相转化膜材料改性的有效方法。     

玄武岩纤维表面改性对生物膜附着性能的影响

采用壳聚糖对玄武岩纤维(BF)进行表面改性处理,研究改性后玄武岩纤维对生物膜附着性能的影响。利用红外光谱、X射线光电子谱仪、扫描电镜等对改性前后玄武岩纤维的表面官能团、成分和形貌进行表征分析,通过接触角测量仪对样品的亲水性进行研究,最后通过挂膜实验,讨论生物膜在改性前后玄武岩纤维上的附着性能。结果表明:采用物理涂覆法可成功制备改性玄武岩纤维(MBF),所制得的MBF表面粗糙度为209.04nm,接触角为66.62°。MBF表面形成的生物膜均匀致密,生物膜附着量明显增大,挂膜率由(129.27±1.23)%增加至(179.92±2.63)%,说明壳聚糖改性玄武岩纤维可以有效提升生物膜的附着性能。