聚砜超滤膜凝胶过程研究_1_凝胶条件的影响

第18卷第5期水尾了留拨街Vol.JS,No.51992年10月TEC圣INOLOGYOFWAI’ER‘I’REA1’MENTU‘t一1992聚砚超滤膜凝胶过程研究.1.凝胶条件的影响杨兰娜郑领英胡家俊蒋华(中国科学院大连化学物理研究所,邮编:116023)(北京工业大学,邮编1100022)凝胶过程直接影响相分离法制备的分离膜性能与结构。本文系统地考察了十五种性质不同的无机酸、有机酸和醉以及铸膜液溶剂水溶液凝胶体系;硫酸、丙酸、乙醉、丙三醉和N一甲墓吐咯烷酮(NMP)五个休系的不同浓度;和凝胶过程中温度对聚矾超滤膜性能与结构的影响。时实验数据进行了数学处理,得到一些对工艺参数有一定指导意义的经验方程。关健词:超滤膜,凝胶过程,扩散速度一、前气望分口用相分离法制备的高分子非对称分离膜的结构与性能取决于铸膜液的组成和凝胶相分离过程。当铸膜液体系确定之后,凝胶过程就成为决定高分子非对称膜结构和性能的关键步骤。用同一铸膜液,改变凝胶浴中溶剂与水的比例,得到的分离膜其孔径变化范围可以在反渗透,超滤直至微孔过滤之间进行调节I’1。凝胶过程中铸膜液里的溶剂与凝胶介质的双向扩散速率和凝胶速度是决定因素[“一‘,]。但这些因素最终应受凝胶过程中铸膜液和凝胶浴的各个组份分子之间的相互作用力所支配。本文以相同的铸膜液体系,系统地研究了无机酸、有机酸、醇、铸膜液溶剂的水溶液及其不同浓度对聚讽超滤膜分离性能与结构的影响,考察了凝胶过程中的温度效应。根据实验结果探讨了不同凝胶介质及浓度的影响,并对实验数据进行了数学处理,得到了一些对聚矾超滤膜工艺参数选择有一定指导意义的经验方程。二、实验部分(一)药品及材料聚讽:上海长虹塑料厂,〔们二。.620NMP;上海试剂一厂,化学纯收稿目期:91一12一13芳国家自然科学基金支持课翅。290永尾钾孩街18卷5期口匕.,,,..,曰..曰‘曰.曰..牛血清蛋白:新弧生化厂,6.7x10’碱性蛋白酶:无锡酶制品厂,2.7X10’其它有机及无机化学试剂均为化学纯。(二)仪.上海分析仪器厂产752。分光光度计。珠海天光实验仪器厂产杯式超滤器。JEM一z200EX透射电子显微镜。JFC.lloo离子溅射仪。HCP.2型二氧化碳临界点干燥器。(三)样品翻备1.以聚讽(Ps)为膜材料,N一甲基毗咯烷酮(NMP)为溶剂以86,14比例(W%)混合,在105℃搅拌4h配成铸膜液,放置数日后待用。2。刮膜条件:21℃,相对湿度<45%,在平板玻璃上刮制成膜后于空气中放置数秒,转移至凝胶浴中成膜,凝胶5min后再转移至室温的蒸馏水中浸泡。3.电镜实验见文献〔11〕、〔12〕。(四)成性能评价1.纯水通盘的测定在无搅拌情况下,先以0.15MPa压力预压30min,然后取1min透过的超滤水最计算纯水通量。2.蛋白截留率的测定一定浓度的蛋白溶液在。.098MPa压力下,搅拌预压20min后透过液先返回,然后再取3min的透过液,用7520分光光度计在280nm波长下测其表观截留率。三、结果与讨论(一)“.报胶”对砚性能的形晌衰1八种咬一水落液凝胶对腆性能的形晌挽胶卜质纯水盐故硫放礴酸甲胶乙酸丙酸乙二酸丙三酸PKo14.0一6.1一批}装}3.7484.9滩}排}纯水通t(ml/em,h)55.665.860.770,G50.975.962.265.865.8牛血清双白截留(%)97.397.3,6.097.397.897.097.597.497·8旅性双白价很留率(%)32.726.32‘.盛25.721.923.225.225.125.3与纯水凝胶相比,“酸凝胶”膜的纯水透量提高了16%~4%。对牛血清蛋白的截留率没有变化,对碱性蛋白酶的分离率下降了20%~36%,有机酸水溶液凝胶下降比无机酸水溶液更多(表1)。结果表明:以酸的水溶液作为凝胶介质可提高分离膜皮层的孔隙率,并使其孔径变大。这可能是由于铸膜液中的溶剂NMP的数基具有更多的负电荷,是路易氏碱,易于和酸结合成盐(其混合热也比水大),增加了凝胶速度。有机酸比无机酸更易向铸膜液内部扩散,且不易在膜表面形成凝胶,因此能形成’更大的孔。在一元有机酸中一pKa越小透水量越大。不同体积浓度的硫酸、丙酸水溶液作为凝胶介质时膜的透水量均有一最大值,对碱性蛋白酶的截留率均有一最低值,此值对应硫酸的浓度约为15%,丙酸的浓度约为5。吓(图1)。当硫酸或丙酸的浓度继续增加时,透最降低,截留率升高(丙酸浓度增加截留率继续下18卷5期聚枫超滤膜凝胶过程研究工.凝胶条件的影响291/!戒降),当硫酸和丙酸浓度分别达到50%和10%时,分离膜无透量,膜表面孔全部消失。其拟合的经验方程如下:硫酸浓度。~15%:F:,=52.51+7.o6cs‘I’硫酸浓度15%~50%:Fsi二一6.96+53.40/CsZ