铸膜液浓度对聚醚砜超滤膜性能的影响

铸膜液浓度对聚醚砜超滤膜性能的影响X杨春霞,邱广明,李浩,张娇,朱晓燕,孙汉明(内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051)摘要:以聚醚砜(PES)为膜材料,聚乙二醇(PEG4000)为添加剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,用溶液相转化法制备了聚醚砜超滤膜。本实验主要研究的是聚醚砜(PES)和聚乙二醇(PEG4000)浓度对膜结构和性能的影响。得出制备聚醚砜超滤膜的最佳条件:PES浓度为15wt%～20wt%,PEG4000浓度为14wt%。关键词:聚醚砜;聚乙二醇;超滤膜中图分类号:O631.2文献标识码:A文章编号:1006—7981(2011)08—0026—02聚醚砜(PES)制备的超滤膜耐压、耐热、耐氧化性均较高,生物相容性也较其他的膜材料好,不仅如此,聚醚砜超滤膜还是制备复合膜的理想基膜[1]。以前国内外对聚醚砜超滤膜的报道较少,但是随着人们对其优良性能的深入认识,近年来有关聚醚砜超滤膜的研究逐渐增多[2-4]。在聚醚砜超滤膜的制备中,水溶性高聚物类添加剂的开发应用较晚,但在目前的研究中应用比较广泛,主要是PVP和PEG。对PEG的研究主要集中在低分子量,PEG400和PEG600报道的较多[5,6]。本文选用高分子量聚乙二醇(PEG4000)作为聚醚砜超滤膜的添加剂,探讨了聚合物、添加剂浓度对膜结构和性能的影响。1实验部分1.1实验材料及仪器PES,北京化工二厂;PEG4000,上海科学用品购供应站加工厂;DMAc,天津市博迪化工有限公司;BSA。搅拌器,江苏常州国华仪器厂;恒温水浴锅,重庆四达实验仪器有限公司;刮膜设备自制;超滤杯;紫外分光光度计。1.2膜的制备按所需浓度称取一定量PES和PEG4000溶于DMAc,配成不同浓度的铸膜液。在60℃水浴下电磁搅拌8h以上,采用相分离法制膜。将制成的平板膜在自来水中浸泡48h以上,取出进行系列表征。1.3膜性能测试水通量测定:采用自制超滤杯,测定压力0.1MPa。截留率测定:用超滤杯测定膜对BSA溶液的截留百分比。膜表面结构电镜扫描:将待测样品在50%丙三醇溶液中浸泡48h后取出晾干,在液氮中脆断,将其表面喷金,用扫描电镜观察并拍照。2实验结果铸膜液浓度对膜性能的影响是显著的。铸膜液浓度太低,溶液中单位体积内高分子含量过少,所制得的膜机械强度较差,不适合在工业中推广应用;但铸膜液浓度太高,聚合物的粘度随其浓度的增大而迅速上升,其结果就导致聚合物溶解性能变差及溶液的流动性下降,从而出现刮膜困难,膜的均匀性、分离选择性和分离速率也会受到影响。2.1PES浓度对膜结构和性能的影响PEG4000的浓度分别固定在5wt%、8wt%、11wt%、14wt%,PES的浓度在10wt%～25wt%之间变化。由实验观察,随着PES浓度的增加,铸膜液的颜色由浅黄色逐渐变为黄色,铸膜液逐渐粘稠,膜的厚度和机械强度逐渐增大。不同PES浓度的超滤膜性能测试结果见图1～26内蒙古石油化工2011年第8期X收稿日期:2011-01-163。由图1可知,随着PES浓度的增加,膜水通量逐渐减小;由图2可知对BSA溶液的截留率逐渐上升。这是因为随着PES浓度的增加,减缓了相分离的速度,使得所成膜的表层增厚,孔隙率和孔间互连度下降,膜孔径趋于小孔分布,大大增加了水在膜孔内的阻力,从而导致水通量急剧下降,BSA溶液的截留率逐渐上升。膜表面的SEM图(图3)从结构上进一步说明了此变化规律。图3PES浓度为10wt%(a1)和20wt%(a2)膜表面SEM图聚合物浓度对制备的膜性能的影响是显著的。当PES浓度小于10wt%时,难成膜,制得的膜很容易破裂,所以本实验未考察其性能。PES为10wt%时膜水通量最大,可达703.8L/m2h,但此浓度下膜很薄,机械强度很差,容易碎裂,膜的总体性能不好,不适合在实际中应用。PES为25wt%时膜的厚度很大,机械强度也很好,但水通量极低,虽然随着PEG4000的加入有所提高,但变化不大,最大只有30.6L/m2h。得出本实验制备聚醚砜超滤膜的最佳聚合物浓度范围为15wt%～20wt%。2.2PEG浓度对膜结构和性能的影响固定PES的浓度为15wt%,添加剂PEG4000的含量从5wt%～14wt%之间变化。由实验观察,随着PEG浓度的增加,铸膜液的颜色和粘度没有太明显的变化,但是膜的机械强度逐渐增大。由表1可知,随着添加剂含量的增加,水通量不断增加;截留率虽然先增加后减小,但变化不大,在94%～97%之间浮动。这大概是由于PEG4000体系成膜是瞬时分相,以PEG4000为添加剂时,延时分相的时间较短,初始分相点处聚合物浓度低,有利于大孔结构的发展。增加PEG4000的含量增大了膜通量和膜孔径,但是对膜的结构影响不大,所以PEG4000主要影