论文总字数：14966字

摘 要

由于具有较高的热稳定性、较强的机械性能及良好的加工特性，聚偏氟乙烯（ PVDF）已经成为了一种广泛应用于超滤（ UF）、微滤（ MF）和膜生物反应器（ MBR）中的膜材料。^[1]在这些应用过程中，不可避免的会导致膜污染，使 PVDF 膜渗透性能大幅衰减，严重影响其经济效益，抑制膜污染是 PVDF 膜应用中备受关注的核心问题。

PVDF膜中的结晶相是以完全β相的PVDF组成的，其制备方法利用了离子液体作为稀释剂的热致相分离法；在此基础上，对这种完全β相PVDF膜施加强直流电场进行极化，使膜中的电畴沿电场方向重新排列，从而提高膜的压电性能；对极化得到的压电膜施加交变信号，在交变电场中，PVDF分子链发生同步伸缩运动，从而带动PVDF膜作高频振动，实现PVDF膜的自清洁功能。这样做的优点在于：对β相PVDF膜进行压电极化，使得PVDF膜极化后的压电性能显著增强，所需的极化电场强度大幅降低，制备过程简单，绿色环保，制得的膜具有通量高，强度大，抗污染性能好的特点。

关键词：PVDF，膜污染，压电性

Polarization of PVDF membrane

Abstract

Polyvinylidene fluoride (PVDF) has become a widely used membrane material for ultrafiltration (UF), microfiltration (MF) and membrane bioreactivity (MBR) due to its high thermal stability, strong mechanical properties and good processing properties. In these applications, inevitably lead to membrane fouling, PVDF membrane permeability significantly attenuated, seriously affecting its economic efficiency, inhibition of membrane fouling is the application of PVDF membrane of the core issues of concern.

The crystalline phase in the PVDF film is composed of PVDF with complete β phase, and its preparation method utilizes the thermotropic phase separation method of the ionic liquid as the diluent. On this basis, a strong DC electric field is applied to this fully β-phase PVDF film And the piezoelectric domains in the film are rearranged in the direction of the electric field to improve the piezoelectric properties of the films. The alternating voltage is applied to the piezoelectric films obtained by polarization. In the alternating electric field, the PVDF molecular chains undergo synchronous telescopic motion , Thus driving the PVDF film for high-frequency vibration, to achieve PVDF film self-cleaning function. The advantage of this is that the piezoelectric polarization of the PVDF film is enhanced by the piezoelectric polarization of the PVDF film, and the required polarization electric field intensity is greatly reduced. The preparation process is simple and green, Membrane with high flux, high strength, good anti-pollution characteristics.

Key words: Polyvinylidene fluoride (PVDF); Membrane fouling; Piezoelectricity

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 文献综述 5

1.1 PVDF膜简介 5

1.2压电PVDF膜的制备 5

1.2.1膜的制备 6

1.2.2膜的极化 6

1.3极化情况的表征 7

1.3.1测量压电振动 7

1.3.2膜过滤性能测量 7

1.3.3红外光谱 7

1.3.4差示扫描量热法 7

1.3.5原子力显微镜 7

1.3.6动态力学分析 8

1.3.7压电反应力显微镜 8

1.4研究内容 8

1.4.1 β 相 PVDF 膜的制备及离子液体诱导效应研究。 8

1.4.2 β 相 PVDF 膜的极化及其对压电性能的影响研究。 8

1.4.3 压电 PVDF 膜的抗污染、 自清洁性能研究。 8

1.5研究手段 8

1.5.1 β 相 PVDF 膜的制备及离子液体诱导效应研究。 8

1.5.2 β 相 PVDF 膜的极化及其对压电性能的影响研究 9

1.5.3压电 PVDF 膜的抗污染和自清洁性能研究 9

第二章 PVDF膜的极化及表征 10

2.1引言 10

2.2实验具体方式 10

2.2.1离子液体 10

2.2.2极化 11

2.2.3过滤试验 12

2.3实验部分 12

2.3.1膜溶液的配置与膜的制备 12

2.3.2膜的表征 13

2.3.3PVDF膜的极化及应用实验 17

第三章 结论 19

第四章 参考文献 20

致谢 21

文献综述

1.1 PVDF膜简介

PVDF即聚偏氟乙烯，主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，外观为半透明或白色粉体或颗粒。 ^[2]分子链间排列紧密，又有较强的氢键，氧指数为46%，不燃，结晶度65%~78%，密度为1.77~1.80g/cm3,熔点为172℃,热变形温度112~145℃,长期使用温度为-40~150℃。^[3]它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能。^[4]

由于具有较高的热稳定性、较强的机械性能及良好的加工特性，聚偏氟乙烯（PVDF）已经成为了一种广泛应用于超滤（UF）、微滤（MF）和膜生物反应器（MBR）等膜过程的膜材料。^[1]在这些应用过程中，膜污染常常不可避免，导致PVDF 膜渗透性能大幅衰减，严重影响其经济性，抑制膜污染是PVDF 膜应用中受到关注的核心问题。机械冲洗、高压反冲洗、化学清洗等是减轻膜污染、恢复膜通量的常用手段，但化学清洗对膜材料耐化学腐蚀性要求较高，频繁化学清洗会大大降低分离膜的使用寿命；高压反冲洗、机械冲洗方法对去除膜面滤饼层很有效，能够在一定程度上缓解膜污染，但是对不可逆的膜孔堵塞污染效果有限。流体力学研究显示，提高膜面流速，在分离膜表面形成湍流，或对膜组件施加影响，使膜组件发生振动，能够降低过滤过程中的膜污染。

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