具有超润湿性能的PVDF共混PVDF-g-PEGMA超滤膜学术资讯

来源：ACS美国化学会

随着膜技术的不断发展与进步，由于以膜为核心的膜分离技术具有高选择性，低能耗，系统更加紧凑等显著的优点，该技术已经在血液透析、废水处理、地面水处理、脱盐、食品饮料加工和气体分离等工艺中得到了广泛的发展和应用。
在水处理领域，更是发展出第三代水处理技术：以超滤膜技术为核心的组合处理工艺。聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride), PVDF)是一种常见的用来制备超滤膜的聚合物材料，具有良好的热稳定性、耐化学腐蚀性、耐氧化性以及良好的机械性能，性能优良，成本较低。但是由于其材料本身的疏水性，会导致制备的超滤膜容易受到水中污染物的影响，在处理过程中受到严重的膜污染，限制了其应用和进一步发展。
在调整了铸膜液中的聚合物浓度，并通过与聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲醚的接枝共混之后，四川大学刘百仓教授团队通过实验制备出了两种具有超润湿性能的PVDF/PVDF-g-PEGMA共混超滤膜。当水滴落在制备膜表面后，水滴的接触角从70°下降至0°，然后完全渗入膜内分别仅需短短的0.5秒(图1)。并且制备的PVDF/PVDF-g- PEGMA超滤膜除了具有超润湿性外，在渗透性能、海藻酸钠(SA)模拟污染物截留率以及通量恢复率方面都有显著提高。

图1.具有超润湿性的PVDF膜的接触角变化。
在研究制备膜所表现出的超润湿性原因的过程中，通过检测分析，我们发现主要是多种原因共同作用，协同导致了这种超润湿现象：通过降低铸膜液中聚合物的含量，导致铸膜液粘度下降，因此，在相分离的过程中，更多的接枝物迁移至膜的表面，使制备膜表面的两亲性物质含量增加，提高了膜表面的亲水性；膜表面两亲性物质PVDF-g-PEGMA的增多，使制备膜表面粗糙度显著上升，而两亲性物质使表面具有一定的亲水性，根据Wenzel模型，粗糙表面的存在使得实际液体与表面的接触面积大于平整表面面积，从而在几何上进一步增强了制备膜表面的亲水性。
而通过膜表面拉曼光谱的峰高比成像(图2)可以看出，改性膜表面α晶型所占比例减少，而β晶型含量增多。根据PVDF不同晶型的结构(图3)。在α晶型中具有极强极性的C-F极性键的极性作用力在分子内部互相补偿，抵消。而β晶型(TTT)则具有很强的极性。而PVDF的疏水性主要来源于具有极性的疏水C-F键。在相分离成膜过程中，由于β晶型中C-F键远离聚合物与水的界面，降低了PVDF膜的疏水性。

图2. 制备膜表面的拉曼峰高比成像，显示膜表面α晶型和β晶型含量的差异，比例越大，β晶型越多。

图3. PVDFα晶型与β结晶的结构图。

根据xDLVO理论，研究中对膜的表面自由能进行了检测。通过多组测试液体的测试，制备膜的表面自由能分别为22.58 mJ/m2 (PVDF1)，27.61 mJ m-2(PVDF2)，和34.27 mJ/m2(PVDF3)。增大的表面自由能使落在表面的液滴与表面的亲和力变强，液滴能够迅速扩散开，进而更快地渗入膜内。上述多种影响因素的协同作用使制备的改性膜表现出了超润湿性。

来源：gh_0320d0d498b4 ACS美国化学会

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyMjgzMzI0Ng==&mid=2247503934&idx=2&sn=866cfdda7c78d1705e43c6a58ff5d10f&chksm=e825ef0fdf526619c0fc7ab635c38eba558956ec189d2be62fc5fd79465b9460723b56aee791&scene=27#wechat_redirect

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn