TiO_2溶胶改性PVDF超滤膜的制备与性能研究.docx

TiO_2溶胶改性PVDF超滤膜的制备与性能研究
随着近年来海水淡化、废水处理等节水型工艺的发展与应用，膜技术在水处理领域中变得越来越重要。超滤膜作为一种常用的膜分离材料，已经被广泛应用于生物分离、饮用水和废水处理、食品加工等领域。然而，由于超滤膜的孔径大小和结构有限，导致其过滤效果和抗污能力存在着瓶颈。因此，如何提高超滤膜的机械强度、抗污性和分离性能成为研究热点。本文中，我们将介绍一种新型改性PVDF超滤膜的制备方法以及其性能研究。
1.实验部分
（1）材料制备
本实验所使用的材料为氟化聚偏氟乙烯（PVDF）、二甲苯（DMF）和四氯化钛（TiCl4）。
（2）超滤膜的制备
首先，将PVDF溶于DMF中，形成1.5%的溶液。随后，在磁力搅拌器的同时将TiCl4逐渐滴加到PVDF的溶液中，并在室温下搅拌两小时，形成TiO2溶胶，再将该溶胶加入到PVDF/DMF的混合溶液中，并在室温下搅拌6小时，制得含有TiO2的PVDF/TiO2杂化溶胶。将该杂化溶胶涂布在有机玻璃基板上，经过干燥和烘烤，即可制成薄膜。
（3）膜的性能测试
采用扫描电子显微镜（SEM）、接触角仪、红外光谱仪（FTIR）和超滤仪对制备的膜进行性能测试。其中，SEM用于观测膜的形貌和孔径大小；接触角仪用于测量膜的亲水性；FTIR用于分析膜材料的结构化学组成；超滤仪用于测试膜的过滤效率和抗污能力。
2.实验结果
（1）膜的形貌和孔径大小
SEM图像显示，经过改性后的PVDF超滤膜的表面均匀且光滑，且孔径分布集中在0.2-0.5微米。这表明TiO2的加入增加了膜的孔径数量和大小，从而有助于膜的分离性能和通量的提高。
（2）膜的亲水性
通过接触角仪测量膜的亲水性发现，改性后的PVDF/TiO2膜表面接触角要比普通PVDF膜表面接触角更小，说明膜表面更具亲水性。这是由于添加TiO2后，膜的表面具有更多的羟基官能团，增加了表面的亲水性。
（3）膜的结构化学组成
FTIR光谱图显示，改性后的PVDF/TiO2膜在峰位和强度方面有所变化。在1750-1250cm-1和1200-1000cm-1的区域，出现了新的峰位，表明TiO2固化反应成功，且膜基体组成中氟元素的比例发生了变化。
（4）膜的过滤效率和抗污能力
实验结果表明，改性后的PVDF/TiO2膜具有更高的过滤效率和更好的抗污能力。在通过红污染水试验中，PVDF/TiO2膜的过滤率显著高于普通PVDF膜的过滤率，说明膜的抗污能力明显提高。
3.结论
本研究采用TiO2溶胶改性PVDF超滤膜的制备方法成功制得了含有TiO2的PVDF/TiO2杂化薄膜，该膜在孔径大小、亲水性、化学结构以及过滤性能和抗污能力等方面表现出明显的改善。这表明TiO2溶胶的加入可以显著提高膜的性能，为超滤膜的改性提供了一种新的思路和方法。