本文關鍵詞：甜菜堿納米粒子的制備及其在聚砜分離膜應用中的研究

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【摘要】：聚砜(PSF)是目前常用的分離膜材料。然而,在實際使用過程中,由于PSF本身疏水性較強,容易吸附有機雜質(zhì)而導致膜污染。因此,對PSF膜進行親水防污改性顯得極為重要。甜菜堿是一種兩性離子,研究發(fā)現(xiàn),甜菜堿及其衍生物具有優(yōu)異的抗污染性,但是,其有機內(nèi)鹽結構不易與疏水性膜材料共溶。因此,本研究通過制備一種兩親性共聚物,在溶劑中自組裝形成核層為甜菜堿,殼層為疏水結構的甜菜堿納米粒子,從而回避甜菜堿在有機基質(zhì)中的嚴重分相問題。然后,將其作為膜改性劑,與PSF共混/相轉(zhuǎn)化制備PSF復合分離膜,考察了甜菜堿納米粒子對PSF分離膜結構及性能的影響。具體的研究內(nèi)容和主要結論如下:采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法,以甲基丙烯酸十二酯(LMA)、甲基丙烯酸十六酯(HMA)為第一單體,制備出大分子引發(fā)劑PLMA-Br和PHMA-Br。之后以上述引發(fā)劑引發(fā)第二單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合,制備得到一系列兩親性嵌段共聚物,通過共聚物與丙磺酸內(nèi)酯的季銨鹽化,在二甲基乙酰胺中得到了核層為甜菜堿,殼層為疏水結構的甜菜堿納米粒子膠束poly(LMA-co-SBMA)。該膠束在氘代水中成功地進行了親疏轉(zhuǎn)換,結構發(fā)生翻轉(zhuǎn),制得核層為疏水結構,殼層為甜菜堿的甜菜堿納米粒子膠束。將poly(LMA-co-SBMA)與PSF共混/相轉(zhuǎn)化制備了PSF復合分離膜。水接觸角和水滲透通量測試表明,poly(LMA-co-SBMA)的加入提高了PSF分離膜的親水性,水滲透通量顯著增加,在保持截留率不變的條件下,由原膜92.17 L/m2·h可增加到174.50 L/m2·h,提高一倍左右;截留率均在90%以上,說明制備的分離膜為超濾膜。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),poly(LMA-co-SBMA)與PSF相容性良好,隨著膜中納米粒子含量的增加,共混膜的斷面孔孔徑增大,孔結構由指狀孔向蜂窩狀孔發(fā)展。水滲透通量恢復率以及靜態(tài)蛋白吸附等測試發(fā)現(xiàn),復合分離膜表面吸附的蛋白數(shù)量與純PSF膜相比,明顯降低,蛋白很容易被清洗除去,表明poly(LMA-co-SBMA)有效地提高了膜的抗蛋白質(zhì)污染能力�？刮⑸镂綔y試發(fā)現(xiàn),復合分離膜對大腸桿菌(E.coli)也表現(xiàn)出良好的抗吸附能力。綜上所述,本研究闡述了一種兩親性嵌段共聚物共混改性PSF分離膜的新方法,通過設計、合成兩親性甜菜堿納米粒子膜改性劑,有效地提高了PSF復合分離膜的綜合性能,為聚合物膜材料的親水防污化改性提供了一條有效可行的方法。
【關鍵詞】：兩親性共聚物 分子設計 共混膜 親水性 抗污染性
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 膜與膜分離技術10-13
• 1.1.1 引言10
• 1.1.2 膜分離技術概述10-12
• 1.1.3 膜的污染及控制方法12-13
• 1.2 膜材料改性方法13-15
• 1.2.1 表面涂覆改性13-14
• 1.2.2 表面接枝改性14
• 1.2.3 共混改性14-15
• 1.3 關于兩親性共聚物的研究15-18
• 1.3.1 基于兩親性共聚物的膜與膜過程15-17
• 1.3.2 兩親性共聚物的分子設計與合成17-18
• 1.4 本論文研究目的與內(nèi)容18-21
• 1.4.1 課題的提出與意義18
• 1.4.2 研究思路和實驗方案18-19
• 1.4.3 主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 試驗材料與研究方法21-31
• 2.1 試驗試劑與儀器設備21-23
• 2.1.1 試驗試劑21-22
• 2.1.2 儀器設備22-23
• 2.2 實驗部分23-25
• 2.2.1 試劑及原料的處理23-24
• 2.2.2 甜菜堿納米粒子的合成24-25
• 2.2.3 聚砜分離膜的制備25
• 2.3 甜菜堿納米粒子的表征方法25-26
• 2.3.1 核磁共振波譜分析26
• 2.3.2 動態(tài)光散射分析26
• 2.4 聚砜分離膜的結構與性能表征26-30
• 2.4.1 膜表面親水性測試26-27
• 2.4.2 膜性能測試27-28
• 2.4.3 BSA靜態(tài)等溫吸附測試28-29
• 2.4.4 膜抗微生物吸附評價29
• 2.4.5 膜形態(tài)結構測試29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第3章 兩親性甜菜堿納米粒子的制備與表征31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 大分子引發(fā)劑的合成與表征31-36
• 3.2.1 反應溫度對大分子引發(fā)劑合成的影響31-34
• 3.2.2 反應時間對大分子引發(fā)劑合成的影響34-36
• 3.3 兩親性嵌段共聚物的合成與表征36-38
• 3.3.1 poly(LMA-co-DMAEMA)的合成與表征36-37
• 3.3.2 poly(HMA-co-DMAEMA)的合成與表征37-38
• 3.4 甜菜堿納米粒子的合成與表征38-43
• 3.4.1 兩親性嵌段共聚物的溶解性38-39
• 3.4.2 甜菜堿納米粒子的粒度分布39-41
• 3.4.3 甜菜堿納米粒子的親疏轉(zhuǎn)換41-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第4章 納米粒子對PSF分離膜結構和性能的影響44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 納米粒子對PSF分離膜表面親水性的影響44-49
• 4.2.1 無機鹽對PSF分離膜表面親水性的影響44-46
• 4.2.2 膜表面親水性測試結果及分析46-49
• 4.3 納米粒子對PSF分離膜滲透性能的影響49-53
• 4.3.1 膜純水滲透通量測試結果及分析49-50
• 4.3.2 膜蛋白截留性能測試結果及分析50-51
• 4.3.3 膜通量恢復性能測試結果及分析51-53
• 4.4 納米粒子對PSF分離膜靜態(tài)BSA吸附的影響53-54
• 4.5 納米粒子對PSF分離膜抗菌吸附的影響54-56
• 4.5.1 分離膜表面抗菌性的構建與評價54-55
• 4.5.2 膜抗菌吸附性能測試結果及分析55-56
• 4.6 納米粒子對PSF分離膜形態(tài)的影響56-58
• 4.6.1 poly(LMA-co-SBMA)/PSF復合分離膜的形態(tài)結構56-57
• 4.6.2 反“荷葉效應”57-58
• 4.7 本章小結58-60
• 結論60-62
• 參考文獻62-70
• 致謝70

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