聚砜基膜成膜条件与富氧膜性能之间的关系

����第18卷第6期2006年6月化学研究与应用ChemicalResearchandApplicationVo.l18,No.6Jun.,2006�收稿日期:2005-12-13;修回日期:2006-4-10基金项目:北京市教委资助项目(KM200310005002),北京市科委资助重点项目(Y0604003000031)联系人简介:王湛(1968-),男,教授,研究方向为膜分离.Emai:lwangzh@bjut.edu.cn文章编号:1004-1656(2006)06-0653-06聚砜基膜成膜条件与富氧膜性能之间的关系张�阳,王�湛,纪树兰,姚士仲,秦振平,彭跃莲(北京工业大学,环境与能源工程学院,化学与化工系,北京�100022)摘要:以聚砜为基膜材料,采用正交实验方法制备了平板超滤膜,然后在其表面涂敷改性聚二甲基硅氧烷后制得聚砜-硅橡胶复合型富氧膜,并研究了复合富氧膜性能与基膜成膜条件之间的关系。研究结果表明:当聚砜含量为20�15%,N-甲基吡咯烷酮含量为70�37%,聚乙二醇-600含量为9�48%时,制得的复合富氧膜的富氧浓度可达28�8%,渗透系数为7�02�10-4m3/(m2SMPa)。此外,还用扫描电镜观察复合富氧膜的基膜的结构特点。关键词:聚砜;成膜条件;硅橡胶;复合膜:富氧性能中图分类号:O632���文献标识码:A膜法富氧技术的关键是富氧膜的制备。采用聚砜膜为支撑体,并涂敷硅橡胶后制得的复合型膜可用于空气富氧并具有较高的透气量[1]。硅橡胶复合富氧膜的制备包括基膜的制备和超薄硅橡胶层的复合两步。高性能的支撑膜是制备高性能富氧复合膜的基础,由于聚砜材料制备的基膜具有恰当的孔密度、孔径、孔径分布、良好的耐压密性和物化稳定性,因此聚砜被广泛地用于超滤膜或复合膜多孔支撑基膜的制备[2]。经研究表明:当基膜透气量在1�10-5m3/m2sPa以上,分子量10000左右时较适合做复合富氧膜的支撑底膜[3]。本文是以聚砜为膜材料制备平板超滤膜,然后制成复合型富氧膜并对其性能进行测定,以确定复合膜性能与基膜成膜条件之间的关系。1�实验部分1�1�实验试剂及仪器聚砜(PS,粘度0�58~0�62,CP,上海曙光化工有限公司);聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30,CP,北京益利精细化学品有限公司);乙二醇单甲醚(EGM,CP,天津开发区乐泰化工有限公司);聚乙二醇�600,PEG�600,CP,北京益利精细化学品有限公司);N-甲基吡咯烷酮(NMP,AP,天津市福晨化学试剂厂);正硅酸乙酯,(SiO2含量不少于28%,AP,北京化工三厂);二月桂酸二丁基锡(锡含量17%~19%,北京化工三厂);硅橡胶(分子量在十万左右,自制)。实验仪器:恒温恒湿箱HWS-250(宁波海曙赛福实验仪器厂);数字测氧仪CYS-1(上海嘉定学联仪表厂);环境扫描电镜FEIQuanta200(荷兰FEI公司)。1�2�实验1�2�1�基膜的制备�以聚砜作为基膜的膜材料,选取与聚砜能形成热力学稳定均相分散体系,并能使聚砜在非溶剂中产生瞬时分层,能用来改善和优化膜的结构和性能,使膜具有较大通量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂;添加剂则选取制备超滤膜时常用的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG-600)、乙二醇单甲醚(EGM)[4];然后将以上物质按一定配比制成制膜液后,经熟化、脱泡工序后,在不同工艺条件下,以水作为凝胶介质,环境温度为20~25!、环境湿度为40~50%下制膜时,用L-S相转化法来制膜。1�2�2�复合膜的制备�将自制的改性聚二甲基硅氧烷溶于环己烷中配制成的溶液,再加入适量的交联剂和催化剂,搅拌数十分钟后,静置脱泡,��化学研究与应用第18卷最后在自制旋转式刮膜机上,将硅橡胶溶液涂敷在基膜上制成聚砜-硅橡胶复合富氧膜。1�2�3�复合膜性能的表征�富氧膜性能指标主要通过气体渗透系数(PO2)和分离系数(�O2/N)(本文用富氧浓度代替)进行表征,它们分别表示膜的渗透特性和分离特性。���PO2=qAt�p(1)式中,q为富氧透气量(m3),A为膜的有效过滤面积(m2),t为时间(s),�p为用自制的富氧膜性能评测装置来测量复合富氧膜的性能。2�结果与讨论2�1�基膜制备工艺条件的正交实验在基膜制备过程中,铸膜液中聚砜浓度、溶剂的种类、添加剂的种类及其含量、蒸发时间、环境温度及温度等条件都会影响到膜的性能。为简单起见,下面的实验主要研究在以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,水为凝胶浴,环境温度为20~25!、环境湿度为40~50!下制膜,选择其余四因素的变化范围:聚砜含量A为16~24%,添加剂含量B为5~15%,添加剂种类C为聚乙二醇(PEG-600)、乙二醇单甲醚(EGM)及聚乙烯吡咯烷酮(PVP),蒸发时间D为5~