电场强化组装聚离子复合物膜研究

文章编号:1007-8924(2008)04-0097-04电场强化组装聚离子复合物膜研究­高学1,张国俊1*,纪树兰1,刘忠洲2,田亮1(1.北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022;2.中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要:采用水解改性PAN超滤膜作为基膜,通过动态电场强化技术复合聚乙烯亚胺(PEI)制备聚电解质渗透汽化复合膜,考察了不同电压对聚离子复合膜的渗透汽化性能的影响.实验测定了复合膜对不同醇/水体系的分离性能,发现在仅复合一层PEI时,电场强化LBL组装膜(5V电压作用)对质量分数为95%的异丁醇/水体系的分离因子可达485,渗透通量为1521g/(m2#h)(60e).关键词:电场强化组装;聚丙烯腈超滤膜;渗透汽化;聚离子复合膜中图分类号:TQ028.8文献标识码:A聚离子复合膜的制备是当今膜研究领域的热点之一.由聚离子复合物所制备的渗透汽化膜具有分离性能稳定、活性层薄且具有韧性以及亲水性强等特点,被广泛地应用于渗透汽化领域.采用层-层静电吸附法自组装聚合物薄膜,是利用聚阳离子与聚阴离子之间的静电作用来实现层层吸附,从而制备出多层复合膜.这些渗透汽化膜都表现出较好的膜性能,但常常需要复合50~60层才能获得较高的分离因子[1],使得制膜程序复杂,周期很长(制备一张膜,通常需要几天时间).因此,亟待开发更为高效简捷的成膜技术.动态LBL技术被证明是一种借助外加力协同作用来简化成膜程序的有效方法[2,3],但其对膜结构的可调控性较差.本研究提出在电场作用下,借助外加场力来实现强化组装聚离子复合膜的新思路[4,5].即在改性基膜两侧形成直流电场,由于聚离子本身荷电,因此在复合聚离子的过程中,可通过调节膜两侧的电场强度来调控聚离子组装过程和聚离子膜的致密性和有序性.1实验部分1.1试剂及材料聚丙烯腈超滤膜(PAN-50),美国SEPRO膜公司产品;聚乙撑亚胺(PEI),分子量60000,美国ALDRICH试剂公司;乙醇,氢氧化钠,北京试剂公司产品.1.2仪器85-2型恒温磁力搅拌器,江苏省荣华仪器制造有限公司;DZF-6020型真空干燥箱,上海新苗医疗器械制造有限公司;HF-6100D低噪音微型空压机,北京豪福机电技术有限公司;AR-2140型电子天平,奥豪斯国际贸易有限公司;GC-14气相色谱,岛津公司;渗透汽化评价装置,试验室自制;电场强化LBL平板膜制备装置,自制;直流电源,德国LW公司;BT-3型蠕动泵,北京亚力恩机电技术研究所.1.3复合膜制备方法1.3.1PAN基膜的改性方法首先将一定面积的PAN基膜在一定温度和2mol/LNaOH溶液中进行水解反应,30min后将膜取出,用去离子水漂洗膜内残留的碱液,直至漂洗液pH值为中性.1.3.2动态电场强化制备渗透汽化平板膜方法动态LBL成膜装置如图1所示.将水解改性的PAN超滤膜装于电场强化反应装置中,紧固密封,­第三届中国膜科学与技术报告会青年优秀论文基金项目:北京市科技新星计划项目(2006B13);北京市自然科学基金重点基金项目(8071001);北京市教委专款项目(科技成果转化与产业化建设)科技园孵化转化项目05005999200601)作者简介:高学(1982-),女,河北省保定市人,硕士生,从事膜分离技术的研究.*通讯联系人3zhanggj@bjut.edu.cn4第28卷第4期膜科学与技术Vol.28No.42008年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2008通过蠕动泵将35%的PEI乙醇溶液在一定流速下进行加0.10MPa压力循环,并外加一定的电压,电极板用绝缘材料包裹,当PEI溶液循环通过膜面时,调节为正向电场.30min后取出,放入烘箱中烘干.图1制备聚离子复合膜的动态电场强化装置Fig.1Experimentalapparatusforpreparationofpolyioncomplexmembranesusingdynamicalelectricfieldenhancedtechnique1.4性能评价方法采用渗透汽化装置分离乙醇/水体系,评价装置如图2所示.使用气相色谱分析渗透物的组成,渗透汽化评价指标为:分离系数A如式(1)、渗透通量J如式(2):A=YA/YBXA/XB(1)J=W/(S#t)(2)式中,YA与YB分别表示在渗透物中水与乙醇两种组分的质量分数;XA与XB分别表示在原料液中水与乙醇两种组分的质量分数;W为渗透物的质量;S为膜的有效面积;t为评价时间.1.料液槽;2.恒温槽;3.循环泵;4.中空纤维膜组件;5.真空表;6.旋阀;7.冷阱接收池;8.缓冲瓶;9.真空泵图2渗透汽化实验装置示意图Fig.2Experimentalapparatusforpervapora