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摘要
聚偏氟乙烯(PVDF)以优良的性能成为主要制备超滤膜的优选
材料,但 PVDF 膜存在疏水性强和易被压实等缺点,限制了其在水处
理领域的应用。本课题从分子设计的原理出发,设计并合成了可以同
时提高 PVDF 超滤膜亲水性和压密性的双亲性纳米 TiO2 复合粒子,
将其加入 PVDF 铸膜液中,制备出水通量高、亲水性好、抗压实的
PVDF 超滤膜。
根据分子设计原理,设计并合成了双亲性聚丙烯酸(PAA)-g-硅烷
偶联剂 KH570-g-纳米 TiO2 复合粒子,并对合成工艺进行了研究,实
验结果表明:硅烷偶联剂 KH570 的用量为 10wt.%时,偶联剂接枝率
最高,达到 %,纳米 TiO2 分散性得到显著提高;当引发剂用量为
% ,单体用量为 10g,聚合温度为 75℃,聚合时间为 3h 时,聚合
物的接枝率最高,达到 %。
PVDF 成膜工艺会对膜结构和性能产生影响,通过实验确定了
PVDF 浓度为 16wt.%、添加剂为 4wt.%PVP、溶剂为 DMAc、凝胶浴
为 10%无水乙醇、温度为 20℃时制备的膜性能较佳。加入双亲性纳
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米 TiO2 复合粒子后,改性膜的水通量从纯膜的 /(m h)上升到
/(m2h),水接触角从 °下降到 °,压密系数从- 上升
到-,膜的水通量、亲水性、压密性均得到了显著提高。
采用浸入沉淀相转化法制备PVDF超滤膜,当铸膜液体系组成变
化从临界点上方的组成进入亚稳分相区时,体系将发生贫相成核的液
-液分相,反之,体系将发生富相成核的液-液分相。本论文提出了双
亲性纳米TiO2复合粒子改性PVDF超滤膜过程的理论模型,即疏水改
性的纳米TiO2粒子稳定分散在PVDF膜本体中,形成“海岛”结构,
起到增强膜压密性的效果;双亲性纳米TiO2复合粒子中的亲水链在凝
胶成膜过程中发生表面离析并富集在膜孔表面,提高膜的亲水性。这
一理论模型不仅解释了双亲性纳米TiO2复合粒子既能提高PVDF超滤
膜的亲水性又能提高膜的压密性,而且为开发高性能PVDF超滤膜提
供了理论指导和实际意义。

关键词:PVDF,超滤膜,双亲性,纳米 TiO2,理论模型
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ABSTRACT
As excellent performance, polyvinylidene fluoride (PVDF) has
e a major microfiltration and ultrafiltration membrane materials.
But the application of PVDF membrane in the water treatment was
limited because PVDF membrane is hydrophobic and pacted.
According to the principle of molecular design, the amphiphilic
nano-posite particles was designed and synthesized, which has
improved the hydrophilicity pactibility of PVDF ultrafiltration
membrane, using them to modify PVDF ultrafiltration membrane, to
prepare PVDF ultrafiltration membrane of high water flux, resistant to
pollution and paction.
According to the principle of molecular design, the amphiphilic
acrylic acid copolymer-silane coupling agent KH570-nano-TiO2
composite particles is designed and synthesized, the synthesis process of
posite particles are as follows: the amount of KH570 is 10wt.%,
coupling agent graft ratio is the highest, reached %, the dispersion of
nano-TiO2 significa