李学锋
双网络水凝胶对聚氟微滤膜的改性与应用研究
报告人:李学锋
所在单位:湖北工业大学
报告人简介:
李学锋：教授、博导，湖北工业大学材料与化学工程学院院长，为全国高校黄大年式教师团队“新材料与绿色化工教师团队”负责人，2022年获“湖北省先进工作者”、湖北省“荆楚好老师”荣誉称号。主要研究领域为软物质新材料的设计及改性树脂的应用研发。近10年主持国家自然科学基金3项、省部级科研项目10余项、各类企业委托研发项目20余项；在国内外重点期刊发表学术论文108篇，获授权发明专利40余项，出版教材、专著2部，被英国皇家化学会（RSC）授予“2019年度高被引中国作者”；2022年牵头获湖北省教学成果一等奖，获省部级科技奖、教学成果奖5项。现为《中国科学》，国外学术刊物美国化学会（ACS）、英国皇家化学会（RSC）、欧洲Elsevier出版社、Wiley出版社等二十多个重要期刊特邀审稿人；湖北省复合材料学会副理事长、湖北省化学化工学会橡塑专业委员会副主任委员。
报告摘要:
随着全球工业化快速发展，水污染日益严重，人类生命健康面临严峻挑战。膜分离技术由于其低成本、低能耗和高分离效率的优势成为污水处理的关键技术，其中高机械强度、高化学稳定性和长使用寿命的聚氟（PTFE和PVDF）微滤膜可应对各种高污染水体处理，目前在市场上应用最为广泛，但其表面的强疏水性也导致在水处理过程中容易受到油污、蛋白质等有机污染物的吸附、污染，造成分离效率的大幅降低，此外，聚氟微滤膜的高化学惰性也导致亲水改性困难。因此，需要设计有效的亲水改性策略来提高分离膜的亲水性和抗污性。本研究采用高亲水、强机械性能的双网络水凝胶亲水改性聚氟微滤膜，通过界面结构设计增强亲水改性的稳定性，系统探究了改性对膜的分离性能、抗污性能以及耐严苛环境稳定性的影响。
采用微凝胶增强双网络（PDN）水凝胶原位本体改性PVDF平板微滤膜，基于自由基聚合在铸膜液中形成稳定的互穿网络结构，再通过水雾预处理辅助NIPS法制备PVDF/PDN改性膜。PVDF/PDN改性膜在表面偏析作用下具有丰富亲水基团和微纳结构，相较于单网络凝胶改性样，机械强度增加，润湿性能提高（初始水通量可达1969.70 L m-2 h-1），在循环油水分离中保持分离效率，渗透通量高达318.20 L m-2 h-1，油截留率维持在95.89%以上，BSA静态吸附量降低，经过强酸、强碱溶液浸泡后水通量和力学性能保持稳定，具有优异的抗污性能和耐严苛环境稳定性，为制备高分离效率高亲水稳定性PVDF微滤膜提供了一种有效方法。
采用硅烷接枝策略在PTFE中空纤维膜表面原位构筑聚乙烯醇/氧化海藻酸钠（PVA/OSA）双网络（DN）水凝胶涂层，DN水凝胶借助醛基和氨基的席夫碱反应和硅氧烷的水解反应，赋予强界面相互作用涂覆在PTFE膜表面。当PVA/OSA总质量分数为0.2 wt%时润湿性能最佳，水接触角可在4s降为0°，对水包油乳液的渗透通量高达85.61 L m-2 h-1，油截留率高达98.32%。循环BSA过滤测试结果表明，改性膜的水通量回复率达到97.14%，静态BSA吸附量相较于原始膜下降了83.24%，具有优异的抗污性能。此外，改性膜经过强酸、强碱和强氧化剂溶液浸泡后水通量和接触角保持稳定，可以在恶劣的化学环境中稳定运行，这种表面改性方法为PTFE中空纤维膜在高污染水的长期高效净化提供了新的思路。
