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聚丙烯在水处理中的应用与改性研究综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-15  浏览次数:299
  1.4 熔喷滤芯 熔喷滤芯作为一种新型的液体过滤材料已被广泛应用于水质过滤当中[21]。超细聚丙烯纤维热熔缠结能够制成聚丙烯超细纤维熔喷整体滤芯,这种整体滤芯不仅具有可靠的过滤精度、较高的过滤速度和纳污能力,还具有过滤周期长、运行费用低等优点。超细纤维可以依靠自身缠结和粘合,随机形成杂乱的空间三维微孔结构,其径向纤维呈梯度变化,形成织物型和多孔型过滤介质的结合体,因而在生活饮用水净化、工业纯水的过滤制备和其他流体的过滤过程中广泛的被使用[22]。有研究者[22]为了提高过滤水的饮用安全性,探讨研发了一种新型的具有抗菌功能的水过滤熔喷滤芯。刘超等[22]在引发剂的作用下,利用聚丙烯和NDAM抗菌单体接枝共聚制成树脂切片,再通过熔喷实验,探讨原料的熔喷工艺成形性能与其熔喷非织造布的基本性能,以及加工抗菌水过滤熔喷滤芯的可行性。
  2 聚丙烯的改性研究
  聚丙烯属于热塑性塑料,是常见的高分子材料,可以用作生物填料、微孔膜、滤料等,但是在实际应用中发现聚丙烯表面没有极性基团,表面自由能与表面张力很低,与无机填料、极性聚合物等填料的相容性差,且表面亲水性和润湿性也较差[14]。例如,以聚丙烯为原材料制成的生物填料存在亲水性、生物亲和性能及氧传质性能欠佳等不足,水处理结果不太理想,在一定程度上对其进行生物亲和性和亲水性方面的改性,并添加对微生物代谢具有促进作用的物质,可以提高填料在挂膜、传质和水处理等方面的应用性能[23]。因此,对聚丙烯的改性研究是众多学者一直在探讨和研究的方向。
  2.1 接枝改性 接枝改性是在聚合物的本体性能不受影响的情况下,在非极性聚合物分子链上引入极性官能团,聚合物表面会形成一层具有特殊性能的接枝层,实现显著的表面改性效果。常见的接枝方法有表面吸附法、表面光接枝法、溶液法、辐射法等,而常用的接枝单体有甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酰胺、马来酸酐等[24-26]。李承斌等[27]采用表面吸附法在聚丙烯微孔膜表面上覆盖引发剂,然后浸入氮-氮亚甲基双丙烯酰胺(MBA)水溶液,在特定温度下发生接枝反应,结果显示,表面接枝后产品的亲水性能显著提升,水通量先是伴随着接枝率的上升而上升,而后又下降,改性后的接枝接触角较未接枝的降低了90°以上,最高吸水率提高了12%,膜的抗污性能也得到了一定的提升。Yang等[28]利用紫外线辐射在聚丙烯表面引发接枝两性聚合物聚磺基甜菜碱丙烯酸甲酯,以改善聚丙烯膜的亲水性,从而提高膜的抗生物污染的性能,实验发现膜亲水性在改性后有了很大的提升,接触角从145。降至15。,且水通量也提升了4倍。吴珊珊等[29]则利用表面光接枝的方法成功的将氮氮亚甲基双丙烯酰胺(MBA)接枝到聚丙烯微孔膜表面,通过测量膜表面在接枝反应后对水接触角的变化,结果表明,对膜进行光化学改性之后,其亲水性能有了很大的改善。
  2.2 表面处理改性 表面处理改性一般分为3种:表面涂覆、等离子表面处理和表面化学氧化处理。表面化学氧化处理是利用氧化性化学试剂或气体处理聚丙烯表面,使聚丙烯表面的粗糙程度增加,从而提高表面极性,达到改进其表面亲水性的目的。秦卫龙[30]在利用液相化学方法对聚丙烯进行表面亲水化处理的过程中,考察了亲水化处理过程中处理温度、处理时间、氧化剂种类、氧化剂与硫酸的质量比、硫酸浓度对聚丙烯亲水化效果的影响,并应用正交试验法确定了合适的处理条件。利用表面液相试剂对聚丙烯表面进行处理使其润湿性得到提高,其原因在于表面的极性基团增加和表面粗糙度发生了变化。
  作为一种新型表面改性方法,等离子表面处理改性方法常用于聚合物的表面改性,等离子体主要包括气体燃烧法、放电法、激光法、冲击波法和射线辐射法[12]。金郡潮[31]等在固定条件下,分别利用氮气和空气对聚丙烯纤维进行等离子体的改性,发现2种气体对聚丙烯纤维的纤维表面活性、着色性、吸湿性和染色性都有极大的促进作用,而且均可在聚丙烯纤维表面引入极性基团,同时降低聚丙烯纤维表面水接触角,提高了聚丙烯纤维的亲水性能。
  表面涂覆是在不改变聚合物本体性质的条件下,聚合物表面覆盖一些具有一定结合强度和物化性质的涂层,实现对聚合物表面改性。路远等[9]采用化学氧化-铁离子覆盖技术对普通聚丙烯填料进行改性,并考察了改性后填料的表面特性、生物亲水性、临界表面张力以及模拟污水的生物挂膜速度等特性,结果发现,改性聚丙烯填料的亲水性、表面粗糙度和临界表面张力等性能都大大提高;在生物膜法水处理中,其挂膜速度提高了46.7%,终期氨氮去除率提高了8.84%。
  2.3 共混改性 共混法是指通过不同聚合物间性质的互补性和协同效应来改良材料的性质,采用极性或亲水性聚合物和聚丙烯共混改性,使聚丙烯亲水性能得到有效提高。共混改性方法简单、周期短、耗费少、改性后能达到应用要求,是采用现有高分子材料开发新型材料简便而有效的一种方法[32]。有研究人员[33]在聚丙烯中添加少量聚乙烯醇或者表面活性剂来对聚丙烯进行亲水改性,聚丙烯为非极性高聚物,液体在其表面很难形成膜,而聚乙烯醇和硬脂酸中含有亲水基团,将它们添加到聚丙烯填料中后,可明显改善其亲水性能。汪小军等[33]将水溶性高分子物添加到普通聚丙烯中,制得亲水性聚丙烯悬浮填料,通过观察填料在水中浸泡后取出的表现和测定其增加的质量,证明了填料的亲水改性可行,并且将亲水改性后的聚丙烯和普通聚丙烯填料分别通过污水好氧中试试验装置,结果表明,亲水改性后的聚丙烯填料比普通聚丙烯填料的污水处理效率高2%~10%,并且在挂膜速度与挂膜强度方面也得到了很大的提高。
  2.4 磺化改性 磺化反应是聚烯烃分子中的氢原子被磺酸基取代,生成烃基磺酸的反应,磺酸基引入聚合物分子后,可提升聚合物表面的极性和亲水性。冯杰等[34]采用氯磺酸作为磺化剂,对聚丙烯膜进行磺化反应处理,结果发现,聚丙烯表面粗糙度和亲水性都有一定程度增加,接触角降低,极性基团引入到聚丙烯表面。利用磺化反应进行改性的不足之处是聚合物磺化产物耐热性和耐化学性较差,机械强度下降。
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