多元合金超滤膜研制_俞三传

文章编号:1007-8924(2001)02-0010-04多元合金超滤膜研制俞三传高从(国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心,杭州310012)摘要:主要研究了聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)和磺化聚砜(SPSF)共混所形成的多元合金超滤膜的性能和膜的孔径分布特性,初步探讨了多元合金超滤膜的成孔机理,并对共混体系的组成及相容性与合金超滤膜性能间的关系作了详细讨论.研究结果表明,共混可明显改善超滤膜的孔径分布和膜的孔结构,为制备高性能超滤膜提供一种有效途径.关键词:超滤膜;共混;聚醚砜;聚砜;磺化聚砜中图分类号:TQ028.8文献标识码:A我国对超滤膜及其过程的研究和开发始于70年代.最早,在醋酸纤维素(CA)反渗透膜的基础上,制备了CA超滤膜;接着,开发了聚砜(PSF)、聚砜酰胺(PSA)、磺化聚砜(SPSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)和聚偏氟乙烯(PVDF)等一系列超滤膜.80年代又相继开发了荷电超滤膜,聚醚砜(PES)和聚醚酮(PEK)等材料制成的超滤膜,使我国的超滤膜技术有了较大的发展.但是,目前超滤膜主要存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷,随着超滤技术应用领域的日益扩大,对膜材料和膜性能不断提出新的更高的要求,因此,开发性能优良的超滤膜意义重大.聚合物共混可以有效地扩大膜材料的选择范围,为制备兼有两种聚合物特性的共混膜提供了可能.同时,共混能有效地改善膜的亲疏水性、膜的结构和膜的孔径分布,是制备高性能超滤膜的有效途径之一[1,2].本文对由聚醚砜、聚砜和磺化聚砜等材料共混所形成的二元及多元合金膜的相容性、凝胶特性、膜性能及合金膜的成孔机理等方面进行了详细的研究,并取得了较好的结果.本文主要研究由PES、PSF和SPSF共混所形成的二元及多元合金超滤膜的分离性能、膜的孔径分布特性、共混体系组成及相容性与膜性能的关系,并对合金超滤膜的成孔机理进行了初步探讨.1实验部分1.1膜材料聚砜,工业级,特性粘数为0.57,上海曙光化工厂;聚醚砜,工业级,特性粘数为0.44,吉林大学南湖中试化工厂;磺化聚砜,IEC=0.88,上海原子核研究所.1.2超滤膜制备将不同的聚合物按一定的比例溶于同一溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,再加入一定量的致孔添加剂,如磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、聚乙二醇或无机盐类等,经高速搅拌溶解而成制膜液.配制成的制膜液经熟化、脱泡后,采用相转化法,以水作为凝胶浴,制备超滤膜.1.3膜性能测试1.3.1超滤膜的纯水通量和截留性能测定采用杯式超滤器,用纯水来测定超滤膜的纯水通量.采用质量分数为0.1%的牛血清蛋白或细胞色素C水溶液来测定超滤膜的截留性能.牛血清蛋白和细胞色素C的含量用751型分光光度计(上海分析仪器厂)来测定.膜的有效面积为10cm2,测试压力为0.2MPa,测试温度为25℃.收稿日期:2000-06-02;修改稿收到日期:2000-07-07作者简介:俞三传(1969～),男,浙江省杭州市人,硕士,副研究员,从事膜分离研究工作.第21卷第2期膜科学与技术Vol.21No.22001年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2001DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2001.02.0031.3.2测定膜孔径分布和平均孔径用由国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心研制的膜孔径测定仪,采用泡压-滤速法测定膜孔径分布和平均孔径.2结果与讨论2.1合金超滤膜性能2.1.1PES-PSF二元合金膜性能在相同的条件下,即在制膜液中溶剂和致孔添加剂的组成和含量不变,制膜液中总固含量保持不变的条件下,通过改变PSF的含量,采用相转化法制备不同共混组成的PES-PSF二元合金超滤膜,并分别测定了超滤膜的纯水通量和对牛血清蛋白(BSA)(分子量:67000)的截留率,其结果如图1所示.图1PES-PSF合金超滤膜性能与组成关系总固含量不变从图1曲线变化可知,对于PES-PSF二元合金超滤膜,膜的纯水通量均大于纯组份超滤膜.随着共混体系中PSF含量的增加,膜的纯水通量不断增加,并当共混体系中PSF含量达到50%左右时,合金超滤膜的纯水通量达到最大;而后随着PSF含量的进一步增加,膜的纯水通量则不断下降.这主要是由于共混使制膜液的凝胶值(CV)下降[3],改变了制膜液体系中聚合物的溶解状态和制膜液在凝胶浴中的凝胶过程、凝胶速度等,导致膜的孔隙率增加、膜的孔结构发生变化,使所成的合金超滤膜的纯水通量大于纯组分超滤膜.对于PES-PSF合金超滤膜对BSA的截留性能,由图1曲线变化可知,共混体系的组成与合金膜的截留性能关系较大.当共混体系中PSF含量在w=35%～75%时,合金超滤膜的截留性能不