【摘 要】
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聚偏氟乙烯(PVDF)具有优良的热稳定性、化学稳定性和较低的表面自由能,是制备疏水膜的理想膜材料。采用水雾诱导相分离法可制得超疏水PVDF膜,但膜的力学性能和机械稳定性差,膜表面结构易损坏,从而导致超疏水性丧失。为提高膜的力学性能和表面耐久性,本文采用优化的水雾诱导相分离法制膜,以三种高强度、高硬度的无机纳米粒子为添加剂,分别制备PVDF杂化膜,对各纳米粒子对PVDF杂化膜结构与性能的影响进行了研
【基金项目】
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河北省高等学校科学技术研究重点项目(ZD2015107);
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聚偏氟乙烯(PVDF)具有优良的热稳定性、化学稳定性和较低的表面自由能,是制备疏水膜的理想膜材料。采用水雾诱导相分离法可制得超疏水PVDF膜,但膜的力学性能和机械稳定性差,膜表面结构易损坏,从而导致超疏水性丧失。为提高膜的力学性能和表面耐久性,本文采用优化的水雾诱导相分离法制膜,以三种高强度、高硬度的无机纳米粒子为添加剂,分别制备PVDF杂化膜,对各纳米粒子对PVDF杂化膜结构与性能的影响进行了研究。首先,优化了水雾诱导相分离法制备超疏水PVDF膜的制膜条件。考察了聚合物溶解温度和铸膜液熟化时间对水雾诱导相分离法制PVDF膜结构与性能的影响。结果发现,当聚合物溶解温度升高,膜的气通量增大,膜表面水接触角和拉伸强度均呈下降趋势;当铸膜液熟化时间延长,膜的气通量、拉伸强度均呈先增大后减小的趋势,膜表面水接触角无显著变化。实验范围内较适宜的聚合物溶解温度为60℃,较优铸膜液熟化时间为3天(d)。分别以二氧化硅(SiO2)纳米粒子、多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯(Gr)为添加剂,制备了PVDF/SiO2、PVDF/MWCNTs、PVDF/Gr杂化膜,考察了纳米粒子质量含量对PVDF杂化膜结构与性能的影响。结果发现,三种杂化膜的膜表面均呈粘附球晶颗粒的网络状结构,膜断面为对称的球晶颗粒堆积结构。当纳米粒子含量增大,球晶尺寸减小,杂化膜的孔隙率和气通量均减小。其中,PVDF/SiO2杂化膜的拉伸强度、剥离强度和水接触角呈先增加后减小的趋势,PVDF/MWCNTs杂化膜的拉伸强度、剥离强度和水接触角也呈先增加后减小的趋势,PVDF/Gr杂化膜的拉伸强度、剥离强度和水接触角均增大。在经过50次循环磨损后,PVDF/MWCNTs、PVDF/Gr杂化膜表面水接触角仍在150°以上,PVDF/SiO2杂化膜表面水接触角在145°以上,均表现出好的耐久性。在上述研究的基础上,对三种杂化膜中的较优膜样品进行性能评价。与无添加PVDF膜相比,杂化膜均保持了优良的超疏水性,力学性能显著改善,表面结构的耐久性显著提高;三种杂化膜的耐久性依次为PVDF/MWCNTs>PVDF/Gr>PVDF/SiO2;淡盐水真空膜蒸馏实验表明,三种杂化膜的截留率均在99.9%以上,且表现出良好的操作稳定性,其中,PVDF/MWCNTs杂化膜的通量衰减率最小。
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