超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水改性研究_改性UHMWPE微孔滤膜的性质及其过滤性能

文章编号:1007-8924(2006)02-0006-03超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水改性研究(Ⅱ)改性UHMWPE微孔滤膜的性质及其过滤性能郭红霞,王平,陈翠仙3,李继定(清华大学化学工程系,北京100084)摘要:研究了UHMWPE微孔膜接枝HEMA和MAA后的水蒸气吸附特性、蛋白质吸附性能及其膜的过滤性能随着接枝率的变化.结果表明,膜的接枝率增大时,其BSA蛋白质吸附量降低;在一定范围内时,膜的去离子水和蛋白质溶液通量随接枝率的增大而提高,但接枝率过大时,其通量有所下降;其BSA溶液通量恢复率研究表明,改性膜比未改性膜显示较大的通量恢复,清洗后其通量恢复率可达80%以上,改性膜具有较高的抗蛋白质污染能力.关键词:UHMWPE微孔膜;通量;BSA吸附;过滤性能中图分类号:TQ028.8文献标识码:A膜是膜分离技术的核心,膜表面的物理化学特性在膜分离过程中起着主要的作用[1,2].通常,膜材料要求具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物侵蚀和耐氧化性能[3].超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔滤膜不但具有以上优点,而且孔隙率高,机械强度大,在污水处理中长期使用性能稳定、不易降解[4].但UHMWPE微孔膜表面呈惰性和疏水性,在水处理和生物分离中易被污染,从而使膜性能变差.膜表面改性是获得具有良好分离性能和低污染膜的一种很有前景的方法[5].我们已用臭氧处理UHMWPE微孔膜,并接枝了HEMA和MAA亲水单体,对其结构和表面亲水性能进行了研究[6].本文将详细讨论在不同的接枝条件下,膜的水蒸气吸附特性、膜的去离子水和蛋白质水溶液通量、膜的蛋白质吸附情况以及膜清洗后的通量恢复等,为UHMWPE微孔膜的工业应用提供基础.1实验部分1.1实验材料甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等用前均减压蒸馏;硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O],分析纯,北京益利精细化学有限公司;牛血清蛋白(BSA),百灵威公司.UHMWPE微孔膜(Solupor�)由DSMSolutech公司提供,厚度为50μm,密度7.0g/m2,平均孔径013μm.1.2UHMWPE微孔膜表面改性接枝反应用臭氧活化UHMWPE微孔膜后,液相接枝甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)单体,详细操作见文献[6].1.3改性膜的性能测试1.3.1膜的水蒸气吸附测试采用本研究室自制的水蒸气吸附装置,进行膜的水蒸气吸附特性测试.具体操作为,先将待测膜置于吸附室中,抽真空后,记下膜的质量W0,然后打开水蒸气发生器,使产生的蒸汽通过缓冲室进入吸附室内,进行膜的水蒸气吸附,计算机实时记录膜的质量变化,直至膜质量在1h内基本不变为止,此时即为饱和吸附后湿膜的质量W1,然后再由下式计算膜的水蒸气吸附率γ.收稿日期:2004-07-02;修改稿收到日期:2004-11-22基金项目:北京市科技合同项目(H030630080220)和中国博士后基金(20040350021)作者简介:郭红霞(1969-),女,陕西黄陵县人,博士后,讲师,从事膜材料制备及改性的研究.3通讯联系人〈cxchen@mail.tsinghua.edu.cn〉第26卷第2期膜科学与技术Vol.26No.22006年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2006©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netγ=W1-W0W0×100%式中,W1为水蒸气吸附达到平衡时膜的质量,W0为水蒸气吸附前膜的质量.1.3.2膜的蛋白质吸附测试量取20mL的2000mg/LBSA溶液,用0.1mol/L的磷酸缓冲液调节其pH值为7.0.将10cm×10cm的膜首先在乙醇中浸泡10min,然后置于该BSA溶液中,在25℃,以150r/min恒温振荡24h后取出.用UV-Vis测定278nm处膜吸附前后溶液的吸光度,根据已知的标准曲线计算膜表面吸附的BSA蛋白质的量.1.3.3膜的去离子水及蛋白质水溶液通量测试用本研究室自制的过滤系统分别测量在不同压力下UHMWPE微孔膜接枝前后的去离子水通量.测量前先把膜在0.8MPa的压力下压实1h,然后将压力降至0.05MPa,测量膜透过20mL去离子水所需要的时间,重复测量至3次数值基本相差不大,计算膜的去离子水通量,记为Jw0;测量完毕后,将贮液罐中的去离子水换成浓度为4000mg/L、pH为7.0的BSA水溶液,在0.05MPa压力下稳定后,测量一定时间内透过液的质量,BSA溶液的通量记为Jp;测量后,将透过液返回贮液罐,以保持料液的体积平衡.测量前,需用乙醇润湿未改性膜,