凝胶成份对PVDF_PVP中空纤维超滤膜结构与性能的影响_原巍

在中空纤维膜改性的过程中，凝胶条件包括凝胶浴组成及温度、凝胶相转化时间、空气蒸发时间、拉伸速度等，其中任何一个工艺参数的变化都会影响中空纤维膜的性能，所以对凝胶条件的研究是很有必要的。在相转化法改性中空纤维膜过程中，溶剂与非溶剂的相互传质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，其相分离特性是确定的，不同的凝胶条件在本质上是对传质过程的影响[1]。目前凝胶条件对膜结构的影响只能通过试验手段寻找规律，许多学者从不同角度对此进行了研究[2-8]，结果表明：提高凝胶浴温度和浓度有利于增加膜的水通量，在芯液中加入溶剂是提高通量的一种手段，但加入量要合理。本文重点研究了凝胶条件中的内外凝胶浴组成对膜结构及滤过性能的影响。目前对于特定的铸膜液体系，内外凝胶浴中加入酸和醇的研究甚少，所以本试验在凝胶浴中加入甘油和醋酸，改变溶剂与非溶剂的相容性，从而调节分相机理来控制膜结构。1试验部分1.1试验试剂与仪器聚偏氟乙烯（PVDF，型号6020）；聚乙烯吡咯烷酮（PVP，型号K30）；二甲基乙酰胺（DMAc，分析纯）；丙三醇（分析纯）；冰醋酸（分析纯），；牛血清蛋白（BSA，分子质量67000）；中空纤维纺丝设备，自制；JSM-5800型扫描电镜，；UV2102C型紫外分光光度计。1.2试验方法1.2.1中空纤维膜的制备将PVDF、PVP、甘油以及一定量的DMAc按一定比例加入搅拌罐中，在60℃下搅拌24h，使之成为均相溶液，然后在60℃下真空（-0.09MPa）静置脱泡24h。脱泡完成后，将脱泡罐压力升至0.3MPa，铸膜液经过计量泵计量后从喷丝头挤出，同时芯液在0.1MPa的压力下通过转子流量计后从喷丝头的中心管与初生态中空纤维膜接触并作为支撑物和内凝胶浴。初生态膜离开喷丝头后经过1cm高的空气层后，立即浸入凝胶浴固化成形，并经过牵丝轮拉伸、导丝轮导丝、绕丝轮绕丝，收集后进行后处理备用。1.2.2凝胶浴设置本试验在内外凝胶浴温度均为30℃的条件下分别考察：以不同质量分数的DMAc（10%、30%、50%）水溶液，质量分数30%的DMAc与不同质量分数甘油（10%、20%、30%）组成的水溶液为芯液，凝胶成份对PVDF/PVP中空纤维超滤膜结构与性能的影响原巍1，王磊1，王旭东1，孟晓荣2，李薇1，黄丹曦1（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.西安建筑科技大学理学院，陕西西安710055）摘要：采用干-湿相转化法制备PVDF/PVP共混中空纤维超滤膜，通过改变内外凝胶浴组成控制膜的结构和性能，使用扫描电镜对不同凝胶条件下膜的微观形貌和结构进行了表征，以纯水通量和BSA截留率评价膜性能。结果表明，芯液中溶剂质量分数由10%升高至50%会使膜孔收缩，膜通量下降；芯液中甘油质量分数由10%升至30%后能使膜形成大孔结构，使通量增大。凝胶浴中溶剂质量分数高于40%，会使聚合物溶解，但加入质量分数1%的醋酸能降低高浓度溶剂的溶解作用，使通量升高。关键词：PVDF/PVP；共混；中空纤维超滤膜；凝胶成份；凝胶浴中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)12-0054-005收稿日期：2011-05-05基金项目：教育部博士点基金项目-博导类（20096120110010）；陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项（2010ZDKG-56）；陕西省重点实验室项目（2010JS028）作者简介：原巍（1984－），男，硕士研究生，研究方向为膜的改性制备研究；联系作者：王磊；E-mail：wl0178@126.com第37卷第12期2011年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.12Dec.,201154DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.12.013在水为外凝胶浴时来考察芯液组成对中空纤维膜结构及和膜滤过性能的影响；以质量分数10%的DMAc水溶液为芯液，不同质量分数的DMAc（40%、60%、70%）水溶液、质量分数1%的HAC与不同质量分数的DMAc（40%、60%、70%）水溶液为外凝胶浴来考察凝胶浴组成对膜结构及和膜滤过性能的影响。1.2.3膜结构形态表征采用JSM-5800型扫描电镜（SEM）观察中空纤维膜的形貌，将试样在液氮中冷冻淬断，喷金后观察。1.2.4超滤膜性能测试水通量：用常规的膜通量测试设备于室温在0.1MPa压力下测定中空纤维膜的水通量。先将膜在工作压力0.15MPa下预压20min，使通量保持稳定，收集30min的过滤纯水透过量，按式（1）计算通量：J=QA·T（1）式中，J为纯水通量，Q为水通过的体积，A为膜面积，T为测试时间。BSA截留率：用浓度1g·L-1的牛血清