铸膜液中水含量对聚砜超滤膜结构和性能的影响

目前聚砜（PS）类超滤膜的制备多采用浸入沉淀相转化法[1]。为了适应不同制膜过程的要求，需在铸膜液中加入一定量的添加剂来调整铸膜液的配方，从而得到不同的膜结构和性能[2]。添加剂是影响膜结构与性能关键因素之一，现有大量的文献和专利报道了采用不同的添加剂构成制膜液的配方，研究其对调节膜孔结构和膜性能的作用。高分子是一类常用添加剂，其中聚乙烯乙二醇（PEG）和聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）是近年来研究比较多的，BChakrabarty等研究了PEG和PVP相对分子质量变化对膜结构和性能造成的影响[3-4]；另一类是有机小分子，Shih-HsiungChen等人对醇类添加剂进行了研究，极性添加剂可以加快分相，形成不对称多孔膜[5]。关于以非溶剂水作为添加剂研究对PS超滤膜性能的影响的尚未见报道。水具有无毒、无污染和廉价等优点，本研究采用浸入沉淀相转化法制备PS超滤膜，研究非溶剂添加剂水对PS超滤膜致孔作用的影响。由于PS制膜液对环境条件，尤其是环境湿度较为敏感，制膜条件较为苛刻，因此膜性能随环境变化较大、稳定性较差[6-7]。所以本研究在恒温、恒湿的环境下进行，减小了环境湿度和温度变化对膜性能造成的影响，近而相对更准确地观察非溶剂添加剂水对膜结构和性能产生的影响。经过初步研究，选定在相对环境湿度50%，铸膜液中PS的质量分数为14%下，改变水添加量，探讨水添加量对膜结构和性能的影响[8]。1试验部分1.1原料PS；N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），化学纯；纯水，实验室自制；牛血清蛋白BSA，相对分子质量约为67×103。1.2铸膜液的粘度测定在环境温度20℃、恒定湿度下，用NDJ-8S数字显示粘度计测定不同温度的铸膜液的粘度，由恒温水浴控制铸膜液的温度，等待测量的铸膜液需塞上塞子进行封口，以避免环境中水分的进入。1.3膜制备和表征先将不同量的纯水加入到DMAc中，在40℃的恒温水浴中搅拌；混合均匀后，加入一定量的PS，在40℃的恒温水浴中充分搅拌溶解。静置脱泡，将脱泡完全的制膜液倒在玻璃板上刮膜，刮好后立即放入纯水凝胶浴中成膜，制成的膜放在质量分数为1%的NaHSO3溶液中保存直至使用。整个制膜过程在恒温恒湿环境下进行。制成的膜在0.3MPa下预压0.5h后，待水通量铸膜液中水含量对聚砜超滤膜结构和性能的影响王丽雅1，钱欣1，周勇2，高从堦2（1.浙江工业大学，浙江杭州310014；2.杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：试验在环境温度20℃、相对湿度50%、凝胶浴温度20℃的条件下制膜，在聚砜（PS）铸膜液中添加水为非溶剂添加剂，研究水添加量对铸膜液粘度、膜性能和结构的影响。结果表明，水的添加对铸膜液起到了增粘的作用；30℃PS的质量分数为14%铸膜液所成膜的纯水通量随铸膜液中水的添加量的增加大体上呈增加的趋势，从59.1增大到126.4L·m-2·h-1；截留率则略有下降；相应的膜表面的孔径增大、孔增多；相同水添加量（质量分数0.05%）PS的质量分数为14%的铸膜液粘度随温度的升高而减小；铸膜液温度的升高，相应的膜的纯水通量随之增加，截留率则略有下降。关键词：聚砜；超滤膜；水；非溶剂添加剂中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2009)12-031-03收稿日期：2009-08-17基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2007AA030302）；国家重点基础研究发展规划（973）项目（2009CB623402）作者简介：王丽雅（1984－），女，硕士研究生，主要从事超滤膜研究；联系电话：0571-88935362；E-mail：wly.84112@yahoo.com.cn第35卷第12期2009年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.35No.12Dec.,200931基本稳定后；在0.1MPa压力下测定膜的纯水通量。将配制的质量浓度为1g·L1的牛血清蛋白原料稀释为不同浓度料液，测试得到吸光度-浓度标准曲线，并计算得到截留率。将制得的膜干燥后在液氮里冷冻脆得到断面，再将样品表面和断面经真空镀金后，用扫描电镜（SEM）观察膜的表面形貌和断面结构。2结果与讨论2.1水对铸膜液粘度的影响图1为环境温度20℃、相对湿度50%下，30℃的铸膜液（PS的质量分数为14%）在不同水添加量下的粘度变化。从图1可以看出，随着铸膜液中水添加量的增多，铸膜液的粘度总体呈现增加的趋势，从0.110Pa·s增加到0.135Pa·s；在水添加量增加到质量分数0.6%时，开始有减小趋势。这是一方面由于有水的存在下，水与DMAc有较强的结合力，使DMAc对PS的溶解能力下降，产生增粘的作用[9]；同时另一方面，水与DMAc的结合会使聚合物分子所占空间变大，有利