基于羟基磷灰石纳米颗粒及其复合物的PVDF膜改性和功能化研究

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本论文以羟基磷灰石纳米颗粒(HAPNPs)作为功能添加剂,通过三种改性方法制备PVDF纳米复合膜。首先,通过浸没沉淀相转化法制备了PVDF/HAPNPs共混膜,重点探究膜的染料吸附性能以及吸附机理。接着,将PVDF/HAPNPs共混膜置于Ag NO3溶液中进一步功能化得到PVDF/HAPNPs-Ag复合膜,重点探究膜的抗菌性能。最后,通过硅烷偶联反应和自由基聚合反应制备HAPNPs-g-MPC纳米颗粒,采用浸没沉淀相转化法制备PVDF/HAPNPs-g-MPC共混膜,重点探究膜的血液相容性和抗污染性能。本论文的主要研究结论如下:(1)利用HAPNPs优良的的亲水性、机械性能和吸附性能,采用浸没沉淀相转化法制备PVDF/HAPNPs共混膜。接触角实验和机械强度测试表明共混适量的HAPNPs可以提高PVDF膜的亲水性和机械强度;静态吸附染料实验表明PVDF/HAPNPs共混膜对刚果红表现出优异的吸附能力,最大静态吸附量约为10.83 mg/g,是PVDF原膜(2.89 mg/g)的3.75倍;动态过滤染料测试表明PVDF/HAPNPs共混膜也适用于动态去除染料,同时膜可回收和再利用;刚果红和HAPNPs之间的吸附机理包括路易斯酸碱反应、氢键作用以及静电吸引作用。(2)将最优化的PVDF/HAPNPs共混膜浸渍到不同浓度的Ag NO3溶液中,避光磁力搅拌24 h,由于Ca2+和Ag+发生了部分离子交换作用,形成载Ag的HAPNPs,从而制得PVDF/HAPNPs-Ag复合膜。FESEM观察发现Ag固载在复合膜断面的HAPNPs上,使得HAPNPs的尺寸明显增大;静态吸附染料实验表明复合膜对刚果红表现出优异的去除能力,去除率高达91.21%;抑菌圈实验和抗细菌粘附实验表明复合膜具有优异的抗菌性能;动态抗细菌污染实验表明在动态过滤过程中复合膜具有良好的抗细菌污染的性能。(3)利用MPC优异的血液相容性和抗污染性能,通过硅烷偶联反应和自由基聚合反应制备HAPNPs-g-MPC纳米颗粒,再采用浸没沉淀相转化法制备PVDF/HAPNPs-g-MPC共混膜。ATR-FTIR和XPS分析表明MPC成功接枝到HAPNPs上了;TGA结果表明接枝在HAPNPs上的MPC的质量分数为2.87%;由FESEM观察发现HAPNPs-g-MPC纳米颗粒主要均匀分散在共混膜的断面;溶血实验和血小板粘附实验表明共混膜具有优异的血液相容性;BSA静态吸附实验和动态抗污染实验结果表明共混膜具有优异的抗污染性能。
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