ZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能

庞睿智 李鑫 李健生 陆庄羽 黄诚 孙秀云 王连军

引用本文: 庞睿智, 李鑫, 李健生, 陆庄羽, 黄诚, 孙秀云, 王连军. ZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(12): 2592-2598. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310291 shu
Citation:  PANG Rui-Zhi, LI Xin, LI Jian-Sheng, LU Zhuang-Yu, HUANG Cheng, SUN Xiu-Yun, WANG Lian-Jun. In situ Preparation and Antifouling Performance of ZrO2/PVDF Hybrid Membrane[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(12): 2592-2598. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310291 shu

ZrO2纳米粒子原位杂化PVDF膜的制备及其抗污染性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51278247)资助项目 (51278247)

摘要:

针对传统聚合物膜抗污染性差的问题, 本文从杂化膜结构设计出发, 提出将ZrO2纳米粒子的原位制备和聚偏氟乙烯(PVDF)相转化成膜过程有机结合的制膜新方法. 该方法将阴离子交换树脂引入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中, 以氧氯化锆为原料, 利用阴离子交换树脂提供的―OH与无机盐的阴离子进行交换, 得到ZrO2纳米粒子均匀分散的N,N-二甲基甲酰胺溶胶体系. 随后将PVDF聚合物溶解到所得的N,N-二甲基甲酰胺溶胶体系中, 获得均一、透明的铸膜液. 利用X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对杂化膜中锆的存在状态和分散性能进行了表征. 结果表明, ZrO2纳米粒子均匀分散在PVDF基体中, 并且形成的纳米粒子的粒径约为10-20 nm. 通过粘度、分相速度和膜形态的测定, 研究了成膜机理. 结果表明, ZrO2纳米粒子的引入加速了铸膜液成膜过程的分相速度. 杂化膜的亲水性能通过接触角测定仪进行了评价. 并选择以牛血清蛋白为代表模拟污染物, 考察了杂化超滤膜的抗污染性能. 结果表明, 原位形成的ZrO2纳米粒子显著提高了膜的亲水性, 减少了膜对蛋白质的吸附. 这种将ZrO2纳米粒子的原位制备和PVDF相转化成膜过程有机结合的制膜新方法在有机-无机杂化膜的制备领域具有显著意义.

English

    1. [1]

      (1) Shannon, M. A.; Bohn, P.W.; Elimelech, M.; Georgiadis, J. G.;Marinas, B. J.; Mayes, A. M. Nature 2008, 452, 301. doi: 10.1038/nature06599

      (1) Shannon, M. A.; Bohn, P.W.; Elimelech, M.; Georgiadis, J. G.;Marinas, B. J.; Mayes, A. M. Nature 2008, 452, 301. doi: 10.1038/nature06599

    2. [2]

      (2) Rosenberger, S.; Laabs, C.; Lesjean, B.; Gnirss, R.; Amy, G.;Jekel, M.; Schrotter, J. C. Water Res. 2006, 40, 710. doi: 10.1016/j.watres.2005.11.028(2) Rosenberger, S.; Laabs, C.; Lesjean, B.; Gnirss, R.; Amy, G.;Jekel, M.; Schrotter, J. C. Water Res. 2006, 40, 710. doi: 10.1016/j.watres.2005.11.028

    3. [3]

      (3) Yang,W.; Cicek, N.; IIg, J. J. Membr. Sci. 2006, 270, 201. doi: 10.1016/j.memsci.2005.07.010(3) Yang,W.; Cicek, N.; IIg, J. J. Membr. Sci. 2006, 270, 201. doi: 10.1016/j.memsci.2005.07.010

    4. [4]

      (4) Kimura, K.; Yamato, N.; Yamamura, H.;Watanabe, Y. Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 6293. doi: 10.1021/es0502425(4) Kimura, K.; Yamato, N.; Yamamura, H.;Watanabe, Y. Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 6293. doi: 10.1021/es0502425

    5. [5]

      (5) Rana, D.; Matsuura, T. Chem. Rev. 2010, 110 (4), 2448. doi: 10.1021/cr800208y(5) Rana, D.; Matsuura, T. Chem. Rev. 2010, 110 (4), 2448. doi: 10.1021/cr800208y

    6. [6]

      (6) Tamaki, R.; Chujo, Y.; Kuraoka, K.; Yazawa, T. J. Mater. Chem.1999, 9, 1741. doi: 10.1039/a809059i(6) Tamaki, R.; Chujo, Y.; Kuraoka, K.; Yazawa, T. J. Mater. Chem.1999, 9, 1741. doi: 10.1039/a809059i

    7. [7]

      (7) Navarra, M. A.; Croce, F.; Scrosati, B. J. Mater. Chem. 2007,17, 3210. doi: 10.1039/b702322g(7) Navarra, M. A.; Croce, F.; Scrosati, B. J. Mater. Chem. 2007,17, 3210. doi: 10.1039/b702322g

    8. [8]

      (8) Wen, S.; ng, C. L.; Tsai, F. C.; Yeh, J. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (8), 1886. [文胜, 龚春丽, 蔡芳昌, 叶正涛.物理化学学报, 2011, 27 (8), 1886.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110737(8) Wen, S.; ng, C. L.; Tsai, F. C.; Yeh, J. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (8), 1886. [文胜, 龚春丽, 蔡芳昌, 叶正涛.物理化学学报, 2011, 27 (8), 1886.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110737

    9. [9]

      (9) ng, C. L.; Zhou, Y.; Yan, L. C.;Wen, S.; Zheng, G.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (11), 2967. [龚春丽, 周毅, 闫礼成, 文胜, 郑根稳. 物理化学学报, 2010, 26 (11), 2967.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101124(9) ng, C. L.; Zhou, Y.; Yan, L. C.;Wen, S.; Zheng, G.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (11), 2967. [龚春丽, 周毅, 闫礼成, 文胜, 郑根稳. 物理化学学报, 2010, 26 (11), 2967.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101124

    10. [10]

      (10) Lu, Y.; Yu, S. L.; Chai, B. X.; Shun, X. J. Membr. Sci. 2006,276, 162. doi: 10.1016/j.memsci.2005.09.044(10) Lu, Y.; Yu, S. L.; Chai, B. X.; Shun, X. J. Membr. Sci. 2006,276, 162. doi: 10.1016/j.memsci.2005.09.044

    11. [11]

      (11) Yu, L. Y.; Xu, Z. L.; Shen, H. M.; Yang, H. J. Membr. Sci. 2009,337, 257. doi: 10.1016/j.memsci.2009.03.054(11) Yu, L. Y.; Xu, Z. L.; Shen, H. M.; Yang, H. J. Membr. Sci. 2009,337, 257. doi: 10.1016/j.memsci.2009.03.054

    12. [12]

      (12) Han, P.; Yahui, H.; Yang,W.; Linlin, L. J. Membr. Sci. 2006,284, 9. doi: 10.1016/j.memsci.2006.07.052(12) Han, P.; Yahui, H.; Yang,W.; Linlin, L. J. Membr. Sci. 2006,284, 9. doi: 10.1016/j.memsci.2006.07.052

    13. [13]

      (13) Bottino, A.; Capannelli, G.; Comite, A. Desalination 2002, 146,35. doi: 10.1016/S0011-9164(02)00469-1(13) Bottino, A.; Capannelli, G.; Comite, A. Desalination 2002, 146,35. doi: 10.1016/S0011-9164(02)00469-1

    14. [14]

      (14) Oh, S. J.; Kim, N.; Lee, Y. T. J. Membr. Sci. 2009, 345, 13. doi: 10.1016/j.memsci.2009.08.003(14) Oh, S. J.; Kim, N.; Lee, Y. T. J. Membr. Sci. 2009, 345, 13. doi: 10.1016/j.memsci.2009.08.003

    15. [15]

      (15) Li, J. S.; Liang, Y.;Wang, H. Y.; Sun, X. Y.;Wang, L. J. Acta Polym. Sin. 2004, No. 5, 709. [李健生, 梁祎, 王慧雅, 孙秀云, 王连军. 高分子学报, 2004, No. 5, 709.](15) Li, J. S.; Liang, Y.;Wang, H. Y.; Sun, X. Y.;Wang, L. J. Acta Polym. Sin. 2004, No. 5, 709. [李健生, 梁祎, 王慧雅, 孙秀云, 王连军. 高分子学报, 2004, No. 5, 709.]

    16. [16]

      (16) Maximous, N.; Nakhla, G.;Wan,W.;Wong, K. J. Membr. Sci.2010, 352, 222. doi: 10.1016/j.memsci.2010.02.021(16) Maximous, N.; Nakhla, G.;Wan,W.;Wong, K. J. Membr. Sci.2010, 352, 222. doi: 10.1016/j.memsci.2010.02.021

    17. [17]

      (17) PukÃnszky, B.; Fekete, E. Polym. Polym. Compos. 1998, 6, 313.(17) PukÃnszky, B.; Fekete, E. Polym. Polym. Compos. 1998, 6, 313.

    18. [18]

      (18) Razmjou, A.; Mansouri, J.; Chen, V. J. Membr. Sci. 2011, 378,73. doi: 10.1016/j.memsci.2010.10.019(18) Razmjou, A.; Mansouri, J.; Chen, V. J. Membr. Sci. 2011, 378,73. doi: 10.1016/j.memsci.2010.10.019

    19. [19]

      (19) Pang, R. Z.; Li, J. S.;Wei, K. J.; Sun, X. Y.; Shen, J. Y.; Han,W.Q.;Wang, L. J. J. Colloid Interface Sci. 2011, 364, 373. doi: 10.1016/j.jcis.2011.09.001(19) Pang, R. Z.; Li, J. S.;Wei, K. J.; Sun, X. Y.; Shen, J. Y.; Han,W.Q.;Wang, L. J. J. Colloid Interface Sci. 2011, 364, 373. doi: 10.1016/j.jcis.2011.09.001

    20. [20]

      (20) Yang, X.; Zhang, B.; Liu, Z.; Deng, B.; Yu, M.; Li, L.; Jiang, H.;Li, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 11908. doi: 10.1039/c1jm11348h(20) Yang, X.; Zhang, B.; Liu, Z.; Deng, B.; Yu, M.; Li, L.; Jiang, H.;Li, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 11908. doi: 10.1039/c1jm11348h

    21. [21]

      (21) Deng, B.; Yu, M.; Yang, X.; Zhang, B.; Li, L.; Xie, L.; Li, J.;Lu, X. J. Membr. Sci. 2010, 350, 252. doi: 10.1016/j.memsci.2009.12.035(21) Deng, B.; Yu, M.; Yang, X.; Zhang, B.; Li, L.; Xie, L.; Li, J.;Lu, X. J. Membr. Sci. 2010, 350, 252. doi: 10.1016/j.memsci.2009.12.035

    22. [22]

      (22) Bhattarai, J.; Akiyama, E.; Habazaki, H.; Kawashima, A.;Asami, K.; Hashimoto, K. Corrosion Sci. 1997, 39, 355. doi: 10.1016/S0010-938X(97)83351-3(22) Bhattarai, J.; Akiyama, E.; Habazaki, H.; Kawashima, A.;Asami, K.; Hashimoto, K. Corrosion Sci. 1997, 39, 355. doi: 10.1016/S0010-938X(97)83351-3

    23. [23]

      (23) Cao, X.; Ma, J.; Shi, X.; Ren, Z. Appl. Surf. Sci. 2006, 253,2003. doi: 10.1016/j.apsusc.2006.03.090(23) Cao, X.; Ma, J.; Shi, X.; Ren, Z. Appl. Surf. Sci. 2006, 253,2003. doi: 10.1016/j.apsusc.2006.03.090

    24. [24]

      (24) Yang, Y. N.;Wu, J.; Chen, X. S.; Zhang, H. X. J. Membr. Sci.2008, 311, 200. doi: 10.1016/j.memsci.2007.12.014(24) Yang, Y. N.;Wu, J.; Chen, X. S.; Zhang, H. X. J. Membr. Sci.2008, 311, 200. doi: 10.1016/j.memsci.2007.12.014

    25. [25]

      (25) Otsuka, T.; Chujo, Y. Polymer 2009, 50, 3174. doi: 10.1016/j.polymer.2009.05.018(25) Otsuka, T.; Chujo, Y. Polymer 2009, 50, 3174. doi: 10.1016/j.polymer.2009.05.018

    26. [26]

      (26) Kim, I. C.; Lee, K. H.; Tak, T. M. J. Membr. Sci. 2001, 183,235. doi: 10.1016/S0376-7388(00)00588-3(26) Kim, I. C.; Lee, K. H.; Tak, T. M. J. Membr. Sci. 2001, 183,235. doi: 10.1016/S0376-7388(00)00588-3

    27. [27]

      (27) Yang, Y.; Zhang, H.;Wang, P.; Zheng, Q.; Li, J. J. Membr. Sci.2007, 288, 231. doi: 10.1016/j.memsci.2006.11.019(27) Yang, Y.; Zhang, H.;Wang, P.; Zheng, Q.; Li, J. J. Membr. Sci.2007, 288, 231. doi: 10.1016/j.memsci.2006.11.019

    28. [28]

      (28) Liu, F.; Abed, M. R. M.; Li, K. J. Membr. Sci. 2011, 366,97. doi: 10.1016/j.memsci.2010.09.044

      (28) Liu, F.; Abed, M. R. M.; Li, K. J. Membr. Sci. 2011, 366,97. doi: 10.1016/j.memsci.2010.09.044

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  742
  • 文章访问数:  1070
  • HTML全文浏览量:  24
文章相关
  • 发布日期:  2013-11-28
  • 收稿日期:  2013-06-24
  • 网络出版日期:  2013-10-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章