荷电聚砜中空纤维超滤膜的研究

荷电聚砜中空纤维超滤膜的研究王静荣吴光夏韩式荆云兆菁(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要以氯甲基化聚砜(CMPS)为原料,二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂,聚乙二醇为添加剂,研究了膜液组成和纺丝条件对膜性能的影响,选择适当的膜液组成和纺丝条件,可制得截留分子量为6万以上的中空纤维超滤膜,其截留率可达90%以上,用CMPS中空纤维膜经三甲胺水溶液处理后,可制得季铵化聚砜(QMPS)中空纤维荷正电超滤膜.关键词超滤氯甲基化聚砜中空纤维膜分类号O63自从Loeb和Sourirajan研制出第一张反渗透膜以来,膜技术的研究和发展速度很快.目前,膜材料种类繁多,但仍远远不能满足实际应用的需要.因此,研制与开发性能优良的膜材料是膜技术发展的重要研究课题.荷电聚砜材料,是具有荷电性的高分子材料,利用荷电性高分子膜处理荷电性相同的大分子溶液,由于同性电荷间的相互排斥作用,膜污染较轻,处理效果较好.荷电超滤膜的研究,在很多领域具有广泛的应用前景.图1纺丝示意流程图1.氮气瓶;2.膜液罐;3.中空介质;4.喷丝头;5.凝胶浴1实验部分1.1主要原料、药品和仪器氯甲基化聚砜(CMPS),中国科学院生态环境研究中心自制;二甲基乙酰胺(DMAC),上海化学试剂厂分装;牛血清白蛋白,北京百泰生化公司;紫外分光光度计,日本岛津UV-266;纺丝和中空纤维膜评价装置,中科院生态环境研究中心自制.1.2CMPS中空纤维膜的纺制采用干-湿法纺制中空纤维膜,装置流程示意图见图1.1.3中空纤维膜性能评价将中空纤维膜组装成束,在0.2MPa压力下,用纯水测定膜的透水速度(f),并按下式计算:收稿日期:1997-03-13;修改稿收到日期:1997-06-28第一作者:女,49岁,大学本科,工程师第17卷第6期膜科学与技术Vo1.17No.61997年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.1997f=透水量(mL)膜面积(cm2)@透水时间(h)(1)原液和透过液的截留率(R%)是用已知相对分子质量的蛋白水溶液进行超滤实验,然后用紫外分光光度计测定光密值,按下式计算:R=原液光密值-透过液光密值原液光密值@100%(2)2结果与讨论2.1纺丝液组成对膜性能的影响2.1.1纺丝液中CMPS浓度对膜性能的影响表1列出了不同聚合物浓度对膜性能的影响.由表1可以看出,随聚合物浓度的增加,透水速度下降,截留率有所升高,这是由于随聚合物浓度增加,聚合物网络密度增大,造成膜的孔数和孔隙率下降,孔径变化不大.其它文献也有类似的报道[1,2].表1聚合物质量分数对膜性能的影响膜号CMPS质量分数w/%纤维内径d/mm壁厚D/mmf/mL#cm-2#h-1R/%牛血清白蛋白4-28-1181.1400.25049.4293.514-28-5201.1270.26339.7394.374-28-9221.0440.27118.2698.222.1.2添加剂含量对膜性能的影响图2添加剂含量对膜性能的影响聚合物质量分数:1.18%;2.20%;3.22%在纺丝液中,添加剂用量的多少,直接影响聚合物在溶液中的分散状态,从而影响膜的性能,结果见图2.由图2可见,随着添加剂含量的增加,透水速度增大,而截留率变化不大,这和聚砜、聚偏氟乙烯等膜材料的研究结果一致[3,4].2.2中空纤维膜纺制条件对膜性能的影响2.2.1纺丝压力对膜性能的影响采用相同的纺丝液,固定其它条件,改变纺丝压力,结果见表2.由表2可以看出,提高纺丝压力,纤维的内径随之下降,壁厚增大,透水速度下降,而截留率变化不大,纤维的爆破强度随纺丝压力升高而增大.2.2.2不同中空介质对膜性能的影响表3列出了不同中空介质对膜性能的影响.从表3可以看出,改变中空介质,对透水速度影响较大,对膜的截留率和爆破强度影响不大.#52#膜科学与技术第17卷表2纺丝压力对膜性能的影响膜号纺丝压力P/MPa纤维内径d/mm壁厚D/mm爆破强度H/MPaf/mL#cm-2#h-1R/%10-11-10.021.540.270.8558.2493.9910-11-20.051.270.281.3048.1994.1610-11-30.101.080.401.4537.7094.97表3中空介质对膜性能的影响膜号中空介质f/mL#cm-2#h-1R/%爆破强度H/MPa10-11-2水48.1994.161.3010-14-4十二烷基硫酸钠水溶液41.6493.511.3010-14-5DMAC/H2O(20/80)38.8494.971.402.3季铵化聚砜中空纤维膜试验将CMPS中空纤维膜浸泡于三甲胺水溶液中制得QMPS中空纤维膜,对季铵化前后的中空纤维膜性能进行了对比,结果见表4和表5.可以看出,季铵化后的中空纤