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兩步接枝聚合法對PVDF中空纖維微孔膜的親水化改性研究 |
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| 【中文關鍵詞】 | PVDF中空纖維膜 polyMEDSA |
| 【摘要】 | 為了提高PVDF中空纖維膜的抗污染性，本文采用兩步表面接枝聚合的方法，利用磺基甜菜堿類兩性離子聚合物-聚甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯（polyMEDSA）對PVDF中空纖維微孔膜的外表面進行親水改性。 |
| 【部分正文預覽】 | PVDF中空纖維微孔膜以其較高的機械強度、良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢，在膜技術(shù)領域具有廣泛的應用[1]。然而，由于PVDF 膜疏水性強，在生物污水處理、蛋白質(zhì)提純和細菌過濾等過程中容易受到膜污染，導致效率降低，成本增加[2]。因此，對PVDF 中空纖維微孔膜表面進行抗污染改性，且不改變膜本體的結(jié)構(gòu)和強度對于PVDF 中空纖維微孔膜的實際應用是至關重要的。近年來，兩性離子以其獨特的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)在聚合物膜抗污染表面改性中成為了研究的熱點。其中，磺胺類甜菜堿以其更易于合成和控制的優(yōu)勢[3]在高分子膜表面改性方面越來越受到學者們的關注。 然而，由于PVDF 膜表面能較低，缺少引發(fā)活性點，不易在其表面進行含有烯烴基兩性離子單體的接枝聚合反應。因此，需要在PVDF 膜表面引入活性位點。Chiang[4]通過臭氧引發(fā)的方法在PVDF 超濾膜上形成了活性點并制得磺胺類甜菜堿改性PVDF 超濾膜。Qian Li 等人[5]首先利用LiOH·H2O 對PVDF表面進行羥基化，提供活性基團，進而在PVDF 微孔膜表面上固定引發(fā)劑并發(fā)生3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3- 磺丙)胺（MPDSAH）和甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯（MEDSA）的接枝聚合反應，最終獲得了具有較好抗污染穩(wěn)定性的改性PVDF 中空纖維微孔膜。
除此之外，用于PVDF 膜表面羥基化處理進而提供活性位點的方法主要還有紫外光[6]、等離子體[7]等。其中，表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）具有反應條件較溫和、聚合工藝設備簡單、形成的聚合物結(jié)構(gòu)可控均一且平整性強的優(yōu)點[8-9]，因而在高分子膜表面可控改性中具有良好的應用前景。鈰離子引發(fā)聚合反應的活化能較低，在室溫附近就能順利發(fā)生反應，而且引發(fā)速度快，引發(fā)重現(xiàn)性強，接枝效率高，反應產(chǎn)生的均聚物少，在接枝共聚反應中具有明顯的優(yōu)勢[10]。Qian Li 等人[11]利用ATRP 和鈰離子引發(fā)接枝共聚的兩步法，將兩性離子polyMPDSAH接枝于PVDF 中空纖維膜的外表面，獲得了具有抗污染性能的電解質(zhì)響應膜。
本文利用了一種兩步聚合法，首先由PVDF 膜外表面引發(fā)甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）的ATRP 反應，引入羥基活性位點，然后再利用鈰離子引發(fā)兩性離子MEDSA 單體在膜表面的接枝共聚反應，最終得到改性PVDF 中空纖維微孔膜（polyMEDSA-c-polyHEMA-g-PVDF）。本文重點考察了第二步聚合過程中兩性離子、引發(fā)劑和交聯(lián)劑的不同濃度對改性PVDF 膜性能的影響。通過靜態(tài)接觸角測量表征了PVDF 膜外表面的親水性。最后，通過蛋白質(zhì)吸附和循環(huán)微濾的實驗證實了改性PVDF 中空纖維膜的抗污染性。 |
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