可聚合離子液體共聚物與聚偏氟乙烯共混多孔膜的構建及其抗污染性能研究.pdf

1、膜分離技術是一種高效的流體分離技術，在環(huán)保、食品、醫(yī)藥、化工、能源等各領域都具有廣泛的應用。與傳統(tǒng)水處理技術相比，膜技術具有節(jié)能、操作簡單、投資少、處理效率高等優(yōu)點，為工業(yè)生產帶來了巨大的環(huán)境效益和經濟效益。但是，目前使用的膜材料大部分是疏水性材料，所以在應用過程中容易被污染，從而縮短膜使用壽命，因此對膜進行功能化改性具有重要意義。
　　近年來，離子液體作為一種新型荷電、可設計性的反應單元，對構建荷電、親/疏水可控膜材料具有重要意

2、義，該領域的研究也逐漸引起了人們的廣泛關注。本論文以可聚合離子液體和甲基丙烯酸甲酯為反應單體，合成了兩親性離子液體無規(guī)共聚物P(MMA-co-BVIm-Br)和嵌段共聚物P(MMA-b-MEBIm-Br)，并將其作為改性劑對聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)進行共混改性，以提高膜的親水性和抗污染能力，主要研究內容如下:
　　通過自由基聚合法合成兩親性聚離子液體無規(guī)共聚物P(MMA-co-BVIm

3、-Br)，采用傅里葉變光紅外光譜(Fourier transforminfrared spectrometer，FTIR)、核磁共振(1H Nuclear magnetic resonance，1 H-NMR)1H-NMR、熱失重(Thermal gravimetric analysis，TGA)和滲透凝膠色譜(Gel permeation chromatography，GPC)等方法對共聚物的結構和性能進行表征。將合成的P(MMA-c

4、o-BVIm-Br)作為改性劑與PVDF共混，并通過浸沒沉淀相轉化法制備P(MMA-co-BVIm-Br)/PVDF共混膜。采用FTIR、掃描電鏡(Scanning electron microscopy with fieldemission equipped with energy dispersive spectrometer, SEM-EDS)、接觸角測定儀和zeta電位儀對共混膜的結構和性能進行測試，結果表明改性后的膜是親水性的

5、荷正電膜。純PVDF膜M0初始接觸角為91°，當共聚物添加量為4％時，初始接觸角為75°。為實現膜表面親/疏水性的可控調節(jié)，對共混膜進行對陰離子交換，結果發(fā)現膜的初始接觸角由75°變?yōu)?02°。共混膜蛋白質分離實驗表明，當溶液pH低于卵清蛋白(Ovalbumin，OVA)分子等電點(Isoelectric point，pI)時，共混膜對OVA截留率可達到93.3％，膜通量恢復率達到91.8％。染料吸附實驗結果表明，共混膜對橙黃G的吸附量

6、和去除率可以達到27.51μg/cm2和99.05％。
　　通過可逆-加成斷裂鏈轉移法(Reversible addition-fragmentationchain transfer radical polymerization, RAFT)法合成兩親性聚離子液體嵌段共聚物P(MMA-b-MEBIm-Br)，采用FTIR、1H-NMR和GPC等方法對共聚物的結構和性能進行表征，并用浸沒沉淀相轉化法制備P(MMA-b-MEBIm-B

7、r)/PVDF共混膜。研究發(fā)現，共混膜靜態(tài)接觸角由純PVDF膜的100.6°降低為80°，水通量由0 L/m2·h增加到342.8L/m2·h，共混膜表現出了較好的親水性能。為實現膜表面親水性的可控調節(jié)，對共混膜進行對陰離子交換，實驗結果表明（以B3為例）:將膜用Br-與PF6-進行交換后，靜態(tài)接觸角由61°變?yōu)?03.6°，再將膜用PF6-與Br-進行交換，靜態(tài)接觸角由103.6°恢復到63°，膜的親/疏水性實現了可逆調控。蛋白質分離

8、結果表明:當pH=3.6時，共混膜對BSA(Bovineserum albumin，BSA)和OVA的截留率分別達到93.6％和94.1％，通量恢復率分別達到94.8％和90.4％;pH=6.5時，共混膜對LYZ的截留率和通量恢復率分別為87.6％和92.3％，膜表現了良好的抗污染性能。共混膜染料吸附分離實驗表明:離子交換前共混膜對橙黃G的吸附量和吸附去除率分別為27.64μg/cm2和99.5％，對羅丹明6G的截留率和通量恢復率分別為

9、56.8％和92.7％;共混膜表面對陰離子Br-被PF6-交換后，共混膜對橙黃G的吸附量和吸附去除率分別為25.84μg/cm2和93％，對羅丹明6G截留率和通量恢復率分別為60.5％和77.9％。
　　以上實驗結果表明添加聚離子液體共聚物后，膜的親水性和抗污染性均得到明顯提高，而且所制備的膜具有一定的離子敏感性能，通過對陰離子交換，膜表面的親/疏水性可實現可逆調控。兩種共混膜分離性能和抗污染性能相比，嵌段共聚物改性的PVDF共混