新型孔道聚砜膜的研究

材料导报1997年2月第n卷第1期新型孔道聚砚膜的研究InvestigationofNewTyPePorePolysulfoneMembrane魏健敏韩德昌江杨(天津纺织工学院膜分离研究所,天津300160)摘要通过改变制膜工艺,研制出指状或贯通聚枫膜,用于酶或细胞固定化。关键词聚矾膜指状孔贯通孔AbstractPolysulfon。membran。。ffinger一lik。。rinter一oek认9por。hasbeendevel-opedthroughehangingtheteehnologyofpreparingmembrane.Thiskindofmembraneeanbet一sedtoimmobili:eenzymeoreell.Keyowrdsp。一ysulfonemembrane,finger一lik。por。,interloekingpore前言膜分离技术,近年来发展非常迅速。由于膜分离在分离过程中不发生相变化,分离又可在常温下进行,膜分离只用压力作为推动力,用途范围非常广泛。膜分离技术的装置简单、操作方便、容易自控、便于维修,已成为一项新兴技术进人很多领域川,也成为科技工作者研究的热点。现今膜的类型,除了早期研制的反渗透膜、超滤膜、微孔滤膜外,又有了离子交换膜、气体分离膜、液膜、生物酶膜和压渗析膜等。以膜材质区分,也不仅是高分子材料膜,又有了金属膜、陶瓷膜、多孔玻璃膜、分子筛膜、无机膜等等。复合膜、超薄膜等,新品种也层出不穷。尽管如此,超滤膜仍是国内外研究和应用最为广泛的膜分离技术之一。对超滤膜及其组件的研制,膜特性和结构的表征,应用可行性研究及设备生产方面都非常活跃图,取得很多可喜的成果。目前,我国研制和生产的超滤膜,大多数用于分离象蛋白质那样的大分子或多糖类物质,也用于水处理技术。超滤膜对大分子溶质的分离,依赖于膜的有孔性,即膜对大分子溶质的吸附、阻塞和筛分效应。70年代出现的生物固定化技术,为膜应用开辟了新领域,尤其是膜生物反应器,成为国内外关注的研究重点。以膜为载体固定化细胞或酶,不仅可以连续进行生物反应,得到的产物可以即时分离,而且简化了工艺,降低了产物抑制作用,达到反复再利用的目的。国外固定化用膜已商品化。这种膜是超滤膜,孔道结构是大直指状或锥形,膜底皮开通,酶或细胞易于进入孔道,达到固定化的目的。国内研制和生产的超滤膜孔结构多为海绵状和指状孔。海绵状结构膜的表面存在致密层,膜的内部具有海绵状的空孔结构,孔道奎塞不利于固定化,由于海绵状的阻隔,产物也不易即时分离。指状结构的膜,表面是致密层,内部是指状孔的空孔结构,在空孔的内部也是致密结构,指状空孔一直延伸到膜的下部,在膜底部连接玻璃板仍是致密结构,并形成了连续的致密皮层[3j。指状结构膜也给膜固定化带来困难。研制具有高分离性、高渗透性、耐反复次数蒸汽杀菌、耐化学药品、使用后性能恢复好、膜孔结构伪大直指状或锥形孔道底皮开通的膜,是本文研究的主要内容。这种结构的膜在医学和生物工程领域有广泛的用途。实验中不仅对制膜工艺进行了研究,而且探讨了各个因素对膜孔结构性能的影响。2改进制膜工艺的设想为改变膜孔道结构,研制出理想孔道结构的生物工程固定化用膜,做了如下工作。¹选择膜材质制作超滤膜的材质很多,国内现在常用的有聚丙烯睛、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇等乙烯基聚合物和共聚物膜材料,以及芳香族聚矾类的聚芳矾、聚醚矾等高分子材料。聚矾是国内研制超滤膜最常用的材料之一,它有良好的物化性能,突出的伉蠕变性,聚矾膜pH使用范围广,耐高温,有良好的抗氧化、抗氯化性能。因此,选择聚矾为制膜材料。º制膜液结构的选择所谓制膜液结构就是指制膜液整体的热力学状态,它取决于制膜液的组成和温度。制膜液中聚合物的浓度、溶剂的种类以及沉淀剂的种类是影响膜孔新型孔道聚巩膜的研究/魏健敏韩德昌江杨结构的主要因素。低浓度制膜液有利于指状孔结构的形成;高浓度有利于海绵状孔结构的形成。当聚合物浓度很高时,高分子大量聚集,增加了相邻微胞之间的高分子缠绕,结果使多孔网络结构的壁变得很厚。实验中做了聚合物浓度为5%、10%、15%的膜性能测定,水通量随聚合物浓度增大而减小,截留率随聚合物浓度增大而增加。聚合物浓度为10%时,有较合适的孔道结构,也有一定的水通量和截留率,因此,选择聚合物浓度10%制膜。在膜制作中,十分重要的是良溶剂的选择,使高分子在该溶剂中能成为分子分散的、热力学稳定的均相体系。溶剂在制膜液中含量最多,对膜性能也影响最大,且不同良溶剂对同一聚合物膜性能的影响是不同的。聚矾一良溶剂是研究超滤膜性能的基础,实验中用二甲基乙酞胺(DMAC)、N一甲基毗咯烷酮(NMP)和吗啡琳(MPL)为溶剂进行了比较。它们都属于极性质子型溶剂川,易溶于水,沸点也较高,溶剂分子间不能形成氢键,能使阳离子强烈地溶剂化。即