铸膜条件对相转化法制备PVDF微滤膜性能的影响

聚偏氟乙烯（PVDF）作为一种半结晶性含氟聚合物，其在低温下可溶解于部分极性有机溶剂，并通过浸没沉淀相转化法制备非对称性微滤膜。由于PVDF微滤膜具有良好的耐冲击性能、耐磨损性能和化学稳定性而使得其近年来在水处理中得到广泛应用[1]。因此，关于PVDF相转化法制备微滤膜的研究受到广泛关注。在浸没沉淀相转化法制备微滤膜过程中，溶剂、非溶剂间相互传质、聚合物溶液组成物化性质的变化和聚合物溶液的相分离是同时进行的，对于选定的成膜溶液体系，其物理化学特性的变化规律和相分离特性是确定的，不同的制膜条件通过对传质过程的影响，进而影响分相过程和膜性能[2]。近年来，学者们对铸膜液组成[3]、添加剂种类[4]、凝胶浴组成[5]以及凝胶浴温度[6-7]对膜性能的研究比较多，而对铸膜工艺的操作条件对成膜性能的影响研究较少。本文则主要针对挥发时间、凝固浴温度、铸膜厚度和铸膜速度对成膜基本性能的影响进行了探讨。1试验部分1.1材料及试剂PVDF原料购自内蒙古氟材料有限公司，分子质量Mn=475637，Mw=2092027，Mw/Mn=4.398372，[η=1.4～1.9dl/g]，结晶度为37.9%。热分解温度为165.9℃。二甲基亚砜（DMSO）为化学纯，由上海某化学试剂有限公司提供；丙酮为分析纯；凝固浴为自来水。1.2试验方法将PVDF、丙酮按一定比例加入到DMSO中（其中质量分数6%PVDF、90%DMSO、4%丙酮）。将铸膜液放入反应釜内在80℃条件下加热搅拌3d，然后放置于烘箱内熟化保存2d。分别控制不同的挥发时间、铸膜厚度、凝胶浴温度、铸膜速度因素水平，利用浸没沉淀相转化法制备微滤膜。将制备好的膜在蒸馏水中浸泡24h后冷冻干燥，随后在膜表面真空镀金后利用场发射扫描电镜（FESEM）（S-4800）测定膜表面形态。采用干湿质量差法测定膜的孔隙率[8]，每个样品平行测定3次，取平均值。采用光学接触角测定仪测定膜表面纯水静态表观的接触角，每个样品测量5次取平均值。本研究中采用纯水通量来表征膜的过滤性能。采用负压法进行测定。剪取直径为4cm的圆形膜片，放入真空过滤器中，首先在60kPa下预压30铸膜条件对相转化法制备PVDF微滤膜性能的影响张杰，王巧英，王志伟，吴志超（同济大学环境科学与工程学院，上海200092）摘要：研究了浸没沉淀相转化法制备聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜过程中挥发时间、凝胶浴温度、铸膜厚度和铸膜速度对成膜的形态结构、孔隙率、过滤性能以及污染性能的影响。结果表明，随挥发时间延长，成膜孔隙率变小，纯水通量先增加后减小，以10s为挥发时间制得的膜抗污染性能最强；随凝胶浴温度的升高，孔隙率、纯水通量及抗污染性能先增大后减小，在45℃成膜污染速率最低；随铸膜厚度的增加，纯水通量逐渐减小，孔隙率呈现先增加后减小的规律，且铸膜厚度为0.25mm时成膜抗污染性能最好。关键词：PVDF微滤膜；铸膜条件；浸没沉淀相转化法；膜污染中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2013)07-0057-004收稿日期：2013-01-25基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAJ21B05）；上海市科委科研项目（12230707000）作者简介：张杰（1989－），女，硕士研究生，研究方向为微滤膜制备及水污染控制工程技术；E-mail：2012zhangjie@tongji.edu.cn联系作者：王巧英，助理研究员；E-mail：2013wangqy@tongji.edu.cn第39卷第7期2013年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.39No.7Jul.,201357min至水通量基本稳定，然后在30kPa下测量。每个样品测量3次，取平均值。水通量J计算见式（1）：J=V/S·t。（1）式中，V为t时间内透过膜的水的体积；S为水透过的膜面积；t为测量的时间。膜污染速率采用恒通量运行模式测定。测试污泥取自上海市城投曲阳污水处理厂曝气池，活性污泥质量浓度约为5～6g/L。超临界通量（60L/(m2·h)）下恒流运行30min的跨膜压力增长速率即为膜污染速率。此试验在微型反应器中进行，具体参数如下：反应器（内径）尺寸为300mm×50mm×450mm，容积为6.75L，装置内放一片尺寸为300mm×400mm×10mm的膜元件，膜有效面积为0.21m2，装置采用底部穿孔板曝气。2结果与讨论2.1挥发时间对成膜性能的影响挥发时间指铸膜液经过刮刀涂覆成膜后，进入凝胶浴之前，在空气中暴露的时间。控制铸膜厚度为0.25mm，凝胶浴温度为25℃，铸膜速度为1.8m/min，挥发时间分别为10、15、30、60、120、180s，制备微滤膜。得到微滤膜性能测定结果如表1所示。由表1可知，膜孔隙率大小