水溶性醛基环糊精-聚乙烯亚胺涂覆PVDF膜及其性能研究开题报告

研究背景：

随着人口的增长和经济的快速发展，社会和城市化进程加快，我国的水环境污染问题不断严重。我国的人均水资源只有世界人均水资源的四分之一，大约一半的城市都面临着水资源短缺的问题，而水质的不断恶化让这些问题雪上加霜，我国的河流和湖泊普遍都受到污染，大部分都出现不同程度的富营养化。水污染主要来自工业废水，农业废水，生活污水和其他污水，我国社会和经济的快速发展，使废水排放量不断增加，一般情况下很多废水未经处理就直接被排入自然水体中，这些城市生活污水和工业废水的任意排放污染了城市周边河流和地下水源，所以大部分城市河段都有了不同程度的污染。近年来，膜分离技术逐渐受到重视，并在污水处理和回收过程中得到了广泛的应用。

膜材料常见的亲水改性主要分为两种：表面改性和基体改性。表面改性是指在膜表面涂覆或接枝需要的官能团，改性部位集中在膜的上表面或下表面。基体改性包括共聚和共混，是指在膜制备的过程中改变制膜的基体材料或加入改性物质（即添加剂），一步成型制备改性膜。与表面改性相比，基体改性由于其诸如所需条件苛刻，效率低下，不稳定，步骤复杂等缺点而不利于大规模生产。 直接涂覆法（例如喷涂，浸涂）是一种表面改性的简单方法，并易于适应大规模的工业应用。涂覆后的吸附亲和作用可将一层亲水聚合物固定在过滤介质的表面，使得过滤介质表现出亲水和水下疏油性能。

Anita Kusuma Wardani采用PDA涂层对聚丙烯(PP)超滤中空纤维膜进行改性。通过改变溶液浓度和涂布时间等参数，研究了这些参数对膜形貌、孔隙率、水接触角和纯水通量的影响。此外，空气辅助PDA涂层工艺还通过将空气通过PP膜进行，以避免孔隙堵塞和防止水通量下降。结果表明，用3 g/L的PDA溶液涂膜3小时后，水接触角从110降至67，表明PDA涂层成功地改善了PP膜的亲水性。在膜腔上加入空气渗透也使纯水通量增加到511.2 L/(m²h)，比未改性的PP膜提高了270%。这可能与SEM图像证明的防孔效果有关，膜孔隙率提高了约4%。

Zhang Ganwei制备了具有亲水性单元和光交联单元的双官能共聚物，并将其用于PVDF膜的涂膜，从而提高了PVDF膜的防污性能和涂膜稳定性。以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为单体，采用不同的mPEG高分子引发剂，通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备了一系列甲氧基聚乙二醇-嵌段-聚甲基丙烯酸羟乙酯(mPEG-b-PCEMA)二嵌段共聚物。然后与肉桂酰氯反应得到甲氧基聚(乙二醇)-嵌段聚(2-肉桂酰氧基乙基甲基丙烯酸酯)(mPEG-b-PCEMA)。然后在PVDF微滤膜上涂上mPEG-b-PCEMA，然后将PCEMA光交联得到交联共聚物涂层，由于二嵌段共聚物的PCEMA链的交联，共聚物涂层非常稳定。

直接涂覆法虽然简单且易于实施，但如果涂覆在膜材料表面的组分之间没有任何的化学反应，它们将仅仅松散的粘附在膜材料表面，缺乏稳定性且易于从表面脱落。不仅降低了膜的性能，还会造成二次污染。因此，涂覆的化学物质及其进一步的交联反应是涂覆法是否可行的关键考虑因素。

研究目的及意义：

聚偏氟乙烯（PVDF）膜因其优异的化学和力学稳定性而被广泛应用于水处理领域，但PVDF膜本身的疏水性，容易使其在处理含油废水的过程中被油滴污染，造成膜孔堵塞。为了降低膜表面被污染的可能性，应该提高膜的亲水性。该研究为膜材料的亲水改性提供了更简便的方法，拥有很大的实际应用价值。

主要研究内容：

（1）醛基- β -环糊精(DA-β-CD)的制备：

使用高碘酸钠对β-环糊精进行氧化制备醛基- β -环糊精。

（2）DA-β-CD/PEI涂层膜的制备：

用5wt%的PEI水溶液和1wt%的DA-β-CD水溶液对PVDF膜喷涂，之后再将DA-β-CD/PEI涂层膜烘干，得到DA-β-CD/PEI涂层膜，再用纯水浸泡去除膜表面未反应的PEI和DA-β-CD。

（3）涂层膜表征：

对PEI溶液和DA-β-CD溶液（5wt% : 1wt%）涂覆的涂层膜进行表征。

1.FTIR表征DA-β-CD涂层膜和DA-β-CD/PEI涂层膜的化学结构，初步证明PEI和DA-β-CD被成功涂覆到了膜材料上；

2.SEM表征原始PVDF膜和DA-β-CD/PEI涂层膜的上、下表面形貌与微观结构；

3.用膜表面接触角测试仪测试原始PVDF膜和DA-β-CD/PEI涂层膜的水接触角。

（4）渗透性能测试：测定纯水通量。

（5）对水体中重金属离子、染料的吸附及过滤实验：使用原始PVDF膜和DA-β-CD/PEI涂层膜对水体中重金属离子Cu（II）、Cr（VI）和染料刚果红（CR）、结晶紫（CV）进行静态吸附和过滤截留研究，使用ICP测定水中的重金属离子浓度，使用UV测定水体中染料的浓度。

预期目标：

（1）成功改性天然多糖环糊精。

（2）制备改性环糊精与PEI水溶性涂层溶液，并成功将涂层溶液涂覆到PVDF膜上。

（3）所改性的PVDF膜具良好亲水和疏油性能、重金属及染料吸附性能、抗菌性能。