单内皮层中空纤维聚离子复合膜的组装及其渗透汽化性能

研究报告单内皮层中空纤维聚离子复合膜的组装及其渗透汽化性能宋雪1,张国俊1,纪树兰13,王乃鑫1,刘忠洲2(1.北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022;2.中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要:采用单内皮层中空纤维PAN超滤膜作为基膜,通过动态负压层-层静电吸附法在内皮层上组装聚电解质派对PEI/PAA,制得单内皮层中空纤维聚离子复合膜.研究了支撑层、派对数、负压侧真空度、循环流速等动态组装条件对复合膜渗透汽化性能的影响,考察了复合膜对不同醇/水体系的渗透汽化分离性能.结果表明,当进料液为50℃的质量分数95%异丁醇/水体系时,分离因子达23731,渗透通量为360.5g/(m2·h),显示了较好的渗透汽化性能.关键词:中空纤维;聚离子复合膜;渗透汽化;动态负压LBL技术中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2009)05-0001-05渗透汽化作为一项新兴的膜分离技术,以其分离效率高、能耗低等优点,近20年来得到了广泛的研究和应用[1-5].在渗透汽化研究领域,膜组件的制作是这项技术迈向工业应用的关键环节,目前板框式膜组件占据主导地位,中空纤维膜在制作成渗透汽化组件及工业应用过程中尚有一些科学问题亟待解决,但由于中空纤维膜组件具有装填密度高、成本低等突出的优势,其在渗透汽化领域的应用潜力巨大.目前文献报道的中空纤维渗透汽化膜绝大多数以外皮层组件为主.例如:Tsai等人[6-8]以水解中空纤维聚丙烯腈(PAN)超滤膜作为基膜,采用浸涂法在外皮层涂敷壳聚糖制得中空纤维复合膜,用于质量分数90%异丙醇/水体系的分离;宋明宇等人[9]制备了外皮层涂敷聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钠(SA)共混中空纤维复合膜,并用于异丙醇脱水的研究.内皮层中空纤维渗透气化组件报道相对较少,这是由于渗透汽化对分离层的致密性和完整性要求非常苛刻,分离层在外皮层时可以涂敷法实现,而将分离层复合在中空纤维内表面则较难实现.相比外皮层中空纤维膜,内皮层膜具有布液均匀和可有效保护分离层等优点.本文在前期组装平板聚离子复合物膜的基础上[10,11],尝试以水解中空纤维聚丙烯腈超滤膜作为基膜,聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亚胺(PEI)为聚离子派对,采用动态负压层-层静电吸附法(LBL)制备内皮层中空纤维聚离子复合膜,研究支撑层、派对数、负压侧真空度、循环流速等组装条件对中空纤维聚离子复合膜渗透汽化性能的影响,同时考察中空纤维聚离子复合膜对不同醇/水体系的分离性能.1实验部分1.1膜材料及化学试剂中空纤维聚丙烯腈超滤膜(中国科学院生态环境研究中心);聚丙烯酸(PAA,相对分子质量400万,美国Aldrich试剂公司);聚乙烯亚胺(PEI,相对分子质量6万,美国Aldrich试剂公司);聚乙二醇(PEG,相对分子质量6000、1万、2万,北京试剂公司);牛血清蛋白(相对分子质量613万,北京双收稿日期:2008-05-21;修改稿收到日期:2008-05-27基金项目:北京市自然科学基金重点基金项目(8071001);北京市科技发展计划项目(Z08000603170801);国家自然科学基金项目(20806001,20876003);国家重点基础研究发展计划(973计划,2009CB623404)作者简介:宋雪(1981-),女,北京市人,硕士生,主要从事膜分离技术的研究.3通讯联系人,010-67392961,E-mail:jshl@bjut.edu.cn第29卷第5期膜科学与技术Vol.29No.52009年10月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYOct.2009©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net旋微生物培养基制品厂);工业乙醇、无水乙醇、异丙醇和异丁醇(北京试剂公司);氢氧化钠(北京化工厂).1.2主要仪器GC-14气相色谱仪(日本岛津公司);TOC-VCPH测定仪(日本岛津公司);UV-2550型紫外/可见光分光光度计(日本岛津公司);AdventurerTM精密电子天平(奥豪斯国际贸易有限公司);SHB-II2IA循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司);Hi2tachi-4700电子扫描电镜(SEM)(日本日立公司);动态负压LBL成膜装置,自制;渗透汽化评价装置,自制.1.3中空纤维复合膜的制备方法将一定长度的中空纤维PAN超滤膜浸泡在65℃2mol/L的氢氧化钠溶液中,15min后,将膜取出,用去离子水漂洗膜内残留的碱液,直至漂洗液pH为中性.将中空纤维膜放入长15cm,内径7mm的有机玻璃