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摘 要

本文通过相转化法制备了PVDF平板膜并对其进行了各项性能表征。主要考察了纳米颗粒及改性后的纳米颗粒对膜性能的影响。采用多巴胺包覆TiO₂进行表面聚合改性，配制多巴胺溶液、优化多巴胺包覆纳米颗粒的条件。将获得的改性颗粒与PVDF共混制膜对PVDF膜进行改性，并将其与纯PVDF膜、添加TiO₂颗粒的PVDF膜进行比较。本文主要包括以下内容：釆用多巴胺(DOPA)对纳米TiO₂进行表面改性，考察不同添加量包覆后颗粒对膜性能的影响，分别制备纯PVDF膜、添加TiO₂的PVDF膜，以及添加多巴胺包覆TiO₂颗粒的PVDF膜。实验结果表明，采用PDA- TiO₂颗粒对PVDF膜进行改性，能够大大提高PVDF膜的渗透性能，纯水通量提高近一倍。

关键词：PVDF膜 改性 多巴胺 纳米颗粒

PVDF membrane preparation with dopamine modified nanoparticles

Abstract

PVDF flat membrane prepared by phase inversion and the characterization of the membrane were included in this paper. It was the focus of study the impact of performance of membrane modified by nanoparticles. TiO₂ was coated with dopamine for polymerization modifier; Solution of dopamine was prepared, and the conditions of dopamine coating the nanoparticles was optimized. Modified particles obtained was blended with PVDF film to increase the performance of PVDF membrane. This paper includes the following: It studied the poly-dopamine (PDA) modified on the surface of nano-TiO₂ for preparing high throughput PVDF membrane. The effects of different amounts of modified particles on the membrane performance is investigated, results showed that using PDA- TiO₂ particles for modification of PVDF membrane can greatly improve the performance of PVDF membrane permeability, water flux is nearly doubled.

Key words: PVDF membrane; Modify; Dopamine; Nanoparticle

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 膜分离技术 1

1.1.2 超滤简介 1

1.1.3 膜材料 1

1.1.4聚偏二氟乙烯(PVDF)膜概述 2

1.1.5 PVDF膜共混改性法简介 2

1.1.6多巴胺概述 3

2.1研究目的和内容 5

1.2.1研究目的 5

1.2.2研究内容 5

第二章 实验部分 6

2.1 聚多巴胺改性TiO₂的制备 6

2.1.1 实验原料及仪器设备 6

2.1.2 实验原理 7

2.1.3 实验方法 8

2.2 膜制备与表征 8

2.2.1 纯PVDF膜制备 8

2.2.2 TiO₂改性PVDF膜制备 8

2.2.3 PDA- TiO₂改性PVDF膜制备 9

2.2.4表征 9

第三章 结果与讨论 12

3.1 XRD表征 12

3.2 FTIR表征 13

3.3 拉伸强度 14

3.4 接触角 15

3.5 PVDF膜表面形貌分析 15

3.6纯水通量 17

3.7 截留分子量 18

3.8 孔隙率 19

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2建议 20

参考文献 22

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 课题背景

1.1.1 膜分离技术

膜分离技术的出现源于20世纪初期，并在20世纪60年代后迅速崛起，兼备分离、纯化、浓缩等功能。它借助于膜在分离过程中的选择渗透性，将目标物质从气体或液体中分离开来。其与传统过滤不同之处在于，分离过程是在常温下进行且不需发生相变，并有着操作方便、工艺简单、高效、节能、环保等特点，现已广泛应用于食品、医药、化工、电子、仿生等多种领域，成为当今分离科学最重要手段之一^[1-3]。

膜分离过程是指以选择性透过膜作为分离介质，在外力或化学位差(如浓度差)的作用下，利用膜对不同物质的选择透过能力的差异性，使原料中的某组分选择性地透过膜，而其他组分被截留下来，从而达到物质分离、提纯、浓缩等目的的过程^[4]。

1.1.2 超滤简介

超滤（Ultrafiltration，UF）起源于1748年，由Schmidt提出，1896年Martin制备出第一张超滤膜。在20世纪60年代，现代超滤起源于“分子量级”的提出，70、80年代则是其高速发展时期，而在90年代以后超滤技术才逐渐趋于成熟。

超滤分离属于简单的物理筛分，根据膜的孔径大小实现物质的分离、提纯、浓缩。超滤是动态过程，期间原料液在压力差（0.1-0.5 MPa）的推动下流经膜表面，原料液中的溶剂由于小于膜孔的溶质透过膜，成为透过液，比膜孔大的溶质被截留，随溶剂排出成为浓缩液。

1.1.3 膜材料

膜材料的化学性质直接决定膜的分离性能，需具有良好的成膜性、物理化学稳定性、耐酸碱性、耐氧化性等特点，这样才有可能作为材料应用于膜的改性，其可分为有机高分子材料及无机材料两大类。有机高分子材料主要包括纤维素类、聚砜类、聚酰胺类、聚烯烃类。无机材料则主要包括陶瓷、金属、硅酸盐、分子筛及炭素等^[5-6]。

1.1.4聚偏二氟乙烯(PVDF)膜概述

PVDF外观通常为半透明或白色粉体或颗粒，分子链间排列紧密，拥有较强的氢键，氧指数为46%，不燃，结晶度65%~78%，密度为1.17~1.79 g/cm³，熔点为172 ℃，热变形温度112~145 ℃，长期使用温度为-40~150 ℃。PVDF不但有很强的耐磨性和抗冲击性能，而且在极端严酷与恶劣的环境中有很高的抗褪色性与抗紫外线性能。

由于PVDF具有优异的性能和可加工性，其粉末状或粒状的熔融粘度范围较宽，可满足于不同的加工需求。同时，在熔融过程中，任何状态下PVDF的流变性能均有新的应用。这为PVDF膜的制备和应用提供了极为有利的条件^[7]。

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