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研究生:吳冠輝
研究生(外文):Guan-Hui Wu
論文名稱:二氧化鈦塗抹在聚偏氟乙烯薄膜的製備
論文名稱(外文):Preparation of low fouling self-assembly TiO2 coated PVDF membranes
指導教授:游勝傑
指導教授(外文):Sheng-Jie You
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:光催化PVDF/PVM/MA混合膜PVDF/PMMA混合膜阻抗值
外文關鍵詞:PVDF/PMMA mix membranePVDF/PVM-MA mix membranePhotocatalysisresistance
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近年來薄膜生物反應槽廣泛的被運用且許多的研究蓬勃興起,然而薄膜應用時會產生嚴重的積垢問題導致薄膜的通量降低和透膜壓力升高。本研究利用兩種親水高分子材料與PVDF薄膜來進行混合改質,在製膜過程中將TiO2溶液加入到凝結浴中以利TiO2顆粒在膜成形時可附著在薄膜表面,本實驗除了進行薄膜基本特性分析外,並且對偶氮染料RB-5進行光催化染料降解實驗,結果顯示PVDF薄膜混合PVM/MA高分子混合膜後因膜表面上附著的TiO2顆粒較PVDF/PMMA混合膜多故光催化結果PVDF/PVM/MA優於PVDF/PMMA薄膜,且光催化試驗對於RB-5中的有機物與色度皆具有降解效果;此外對於模擬模廠運作測試中以BSA作為蛋白質,結果顯示PVDF/PVM/MA薄膜相較於PVDF/PMMA膜有助於減緩蛋白質附著於膜上或膜裡面的趨勢,且TMP和Flux也能回復到初始狀態,兩者薄膜之阻抗值因高分子含量越高阻抗值越小但PVM/MA材料較PMMA佳。

In recently, MBR are widely used and many researches are rise. However, the application of membrane generate the series fouling lead to low flux and increase transmembrane pressure. In this study PVDF membrane add two hydrophilic polymers to mix and modified. The coagulation bath add TiO2 during make process can attachment membrane surface. In addition to basic analysis, antibacterial and antifouling were teated using RB5 degradation. The results showed that PVDF/PVM-MA mix membrane coated TiO2 content higher than PVDF/PMMA mix membrane so the Photodegradation experiment better. In addition, the protein (BSA) fouling experiment showed that the total fouling resistance of PVDF/PVM-MA membrane was decreased due to reduction of cake layer and pore blocking resistance. And TMP as well as Flux all back to beginning of state. Last, PVDF/PVM-MA mix membrane better than PVDF/PMMA mix membrane.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究架構 4
第二章 文獻回顧 5
2.1薄膜生物反應槽 (Membrane Bioreactor ,MBR) 5
2.1.1 薄膜生物反應槽之特性 6
2.2 薄膜單元 7
2.2.1 薄膜功能與過濾機制 7
2.2.2薄膜分類 9
2.3半導體催化劑 13
2.3.1二氧化鈦(titanium dioxide, TiO2)光觸媒 15
2.4高分子材料 17
2.4.1聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF) 17
2.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯Poly(methylmethacrylate) (PMMA) 19
第三章 實驗設備與方法 20
3.1薄膜製備材料 20
3.1.1 PVDF/PVM/MA、PVDF/PMMA薄膜製作步驟 21
3.2光催化測試實驗 22
3.2.1測試光催化之項目 22
3.2.2 RB-5染料光催化降解實驗步驟 24
3.3 模廠運作實驗 25
3.3.1 模廠模擬測試項目 25
3.3.2 利用BSA進行模廠模擬測試 26
3.4實驗操作儀器 29
第四章 結果與討論 30
4.1薄膜基本特性之分析 30
4.1.1薄膜表面特性之分析 30
4.1.2 PMI薄膜孔洞特性分析 42
4.1.3 掃流式過濾通量特性測試 43
4.1.4薄膜表面接觸角特性測試 45
4.2光催化特性實驗 47
4.2.1光催化特性降解RB-5試驗 47
4.3 模擬模廠運作試驗 55
4.3.1 BSA過濾測試 56
第五章 結論與建議 71
5.1結論 71
5.2 建議 72
參考文獻 73
圖目錄
圖1. 1實驗研究架構 4
圖2. 1傳統活性汙泥程序與MBR技術比較 5
圖2. 2薄膜過濾機制示意圖 8
圖2. 3(a)截流式(b)掃流式過濾方式 8
圖2. 4二氧化鈦光催化反應機制 14
圖2. 5二氧化鈦(TiO2)三種型態結構的原子模型(a)金紅石(b)銳鈦礦(c)板鈦礦 15
圖2. 6聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)結構式 19
圖3. 1自製連續式手動刮膜機 20
圖3. 2染料RB-5結構圖 22
圖3. 3光催化反應槽實驗簡易圖 23
圖3. 4染料光催化實驗流程 24
圖3. 5模擬MBR操作示意圖 27
圖3. 6利用BSA進行MBR模擬測試流程圖 27
圖4. 1純PVDF12wt%薄膜表面SEM示意圖 32
圖4. 2 PVDF/PVM/MA-1wt%薄膜表面SEM示意圖 32
圖4. 3 PVDF/PVM/MA-2wt%薄膜表面SEM示意圖 33
圖4. 4 PVDF/PVM/MA-3wt% 薄膜表面×1K SEM示意圖 34
圖4. 5 PVDF/PVM/MA-3wt% 薄膜表面×10K SEM示意圖 34
圖4. 6 PVDF/PVMMA-6wt%薄膜表面×1K SEM示意圖 36
圖4. 7 PVDF/PVMMA-6wt%薄膜表面×10K SEM示意圖 36
圖4. 8 PVDF/PMMA-1wt%薄膜表面 SEM示意圖 38
圖4. 9 PVDF/PMMA-2wt%薄膜表面 SEM示意圖 38
圖4. 10 PVDF/PMMA-3wt%薄膜表面 SEM示意圖 40
圖4. 11 PVDF/PMMA-6wt%薄膜表面 SEM示意 40
圖4. 12 PVDF混合PVM/MA、PMMA薄膜孔徑大小趨勢 42
圖4. 13掃流式過濾示意圖 43
圖4. 14 PVDF/PVM/MA混合膜掃流過濾通量 44
圖4. 15 PVDF/PMMA混合膜掃流過濾通量 44
圖4. 16 PVDF/PVM/MA混合薄膜表面接觸角變化趨勢 46
圖4. 17 PVDF/PMMA混合薄膜表面接觸角變化趨勢 46
圖4. 18偶氮染料RB-5光降解全波長變化 48
圖4. 19 PVDF/PVM/MA混合薄膜對於染料RB-5波長254nm光降解變化 49
圖4. 20 PVDF/PVM/MA混合薄膜對於染料RB-5波長310nm光降解變化 50
圖4. 21 PVDF/PVM/MA混合薄膜對於染料RB-5波長595nm光降解變化 50
圖4. 22 PVDF/PVM/MA混合薄膜光降解染料色度之一階動力常數趨勢變化 51
圖4. 23 PVDF/PMMA混合薄膜對於染料RB-5波長254nm光降解變化 52
圖4. 24 PVDF/PMMA混合薄膜對於染料RB-5波長310nm光降解變化 53
圖4. 25 PVDF/PMMA混合薄膜對於染料RB-5波長595nm光降解變化 53
圖4. 26 PVDF/PMMA混合薄膜光降解染料色度之一階動力常數趨勢變化 54
圖4. 27 PVDF/PVM/MA薄膜過濾BSA之透膜壓力變化 57
圖4. 28 PVDF/PVM/MA薄膜過濾BSA之通量變化 57
圖4. 29 PVDF/PVM/MA混合薄膜在BSA模廠運作透膜各階段壓力變化趨勢 59
圖4. 30 PVDF/PVM/MA混合薄膜在BSA中模廠運作各階段通量變化趨勢 59
圖4. 31 PVDF/PVM/MA混合薄膜在BSA中模廠運作各階段阻抗示意圖 61
圖4. 32 PVDF/PVM/MA混合薄膜在BSA中模廠運作不可逆阻抗殘留示意圖 62
圖4. 33 PVDF/PMMA薄膜過濾BSA之透膜壓力變化 64
圖4. 34 PVDF/PMMA薄膜過濾BSA之通量變化 64
圖4. 35 PVDF/PMMA混合薄膜在BSA中模廠運作透膜壓力變化趨勢 66
圖4. 36 PVDF/PMMA混合薄膜在BSA中模廠運作通量變化趨勢 66
圖4. 37 PVDF/PMMA混合薄膜在BSA中模廠運作各階段阻抗示意圖 68
圖4. 38 PVDF/PMMA混合薄膜在BSA中模廠運作不可逆阻抗殘留示意圖 69
表目錄
表2. 1薄膜生物反應槽的優缺點 6
表2. 2為各種類薄膜一些相關參數 10
表2. 3有機材料與無機材料 11
表2. 4常見的薄膜材料之優缺點 12
表4. 1混合薄膜平均孔洞 42
表4. 2 PVDF/PVM/MA混合薄膜模擬運作測試之運算阻抗值 61
表4. 3 PVDF/PMMA混合薄膜模擬運作測試之運算阻抗值 68




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