凝胶条件对PVDF_PVC中空纤维膜性能及结构的影响_高春梅

文章编号:1007-8924(2008)02-0038-06凝胶条件对PVDF/PVC中空纤维膜性能及结构的影响高春梅1,孟彦宾2,奚旦立3(1.上海水产大学海洋学院,上海200090;2.上海波金文化用品有限公司,上海201812;3.东华大学环境科学与工程学院,上海200051)摘要:采用干-湿相转化法制备PVDF/PVC共混中空纤维膜,通过对水通量、孔隙率、平均孔径的测试及扫描电镜的微观分析,讨论了凝胶浴组成、温度和芯液浓度对PVDF/PVC中空纤维膜性能及结构的影响,并进行了详细的理论分析.试验结果表明,提高凝胶浴温度和浓度有利于增加膜的水通量,但对孔隙率有一定的影响,在芯液中加入一些溶剂是提高通量的一种手段,但加入量要合理.关键词:PVDF;PVC;中空纤维膜;凝胶条件;凝胶浴中图分类号:TQ028.8文献标识码:A中空纤维膜制膜过程是一个非常复杂的过程,且受到很多工艺参数的影响,因此,研究制膜条件对膜性能和结构的影响是非常有必要的.在相转化法制备非对称膜过程中,凝胶条件是重要的控制因素.膜的凝胶过程是溶剂、添加剂从膜内向凝固浴扩散和凝固浴中凝胶介质向膜内扩散的双向扩散过程,此过程就是膜的“造孔”过程.双向扩散速度的大小对膜的形态和结构有极大的影响[1].改变凝胶条件,可以使分离膜的孔径在反渗透、超滤甚至微滤之间调节.中空纤维膜的凝固条件包括内凝胶条件,即内凝固液芯液和外凝胶条件两部分[2].内凝固液和外凝固液的条件包括浓度、温度和组成等.本实验着重研究外凝胶浴的浓度、温度和芯液的组成对PVDF/PVC中空纤维膜性能和形态结构的影响.1试验部分1.1试验原料聚偏氟乙烯(PVDF,型号FR904),上海三爱富公司;聚氯乙烯(PVC),分子量为30×103～60×103,上海天原化工厂;二甲基乙酰胺(DMAc),分子量为87.12,化学纯,中国医药(集团)上海化学试剂公司;聚乙烯吡咯烷酮(PVP),K30,中国医药(集团)上海化学试剂公司;丙三醇,分子量为92.09,分析纯,中国伊嘉利化工试剂有限公司;牛血清白蛋白(BSA),分子量为67000,生化试剂,中国医药(集团)上海化学试剂公司.1.2试验仪器纺丝设备,天津市津东万兴机械修造厂;JSM-5600LV型扫描电子显微镜,JEOL日本电子株式会社;7520紫外分光光度计,上海精密科学仪器有限公司分析仪器总厂;游标卡尺;电子天平;恒温水浴槽;自制超滤器.1.3膜制备方法采用干-湿法纺丝工艺制膜,制成的中空纤维膜在蒸馏水中浸泡48h,然后用50%的甘油水溶液浸泡24h,将中空纤维膜取出,晾干后制成膜组件,测定膜的性能.收稿日期:2006-10-13;修改稿收到日期:2006-12-16基金项目:上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金资助项目(677171001)作者简介:高春梅(1976-),女,河北石家庄人,博士生,讲师,研究方向:水污染控制工程,环境评价与规划等〈cmgao@shfu.edu.cn〉第28卷第2期膜科学与技术Vol.28No.22008年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2008DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2008.02.0151.4膜性能测试采用膜通用的测试方法[2]测膜的水通量;采用最大泡点法测定平均孔径;用称重法测定孔隙率;干膜在液氮中断裂或直接溅射铂金后,用日本JSM-5600LV型扫描电子显微镜测试.2结果与讨论在研究凝胶条件对PVDF/PVC共混纤维膜性能影响的试验中,纺制中空纤维膜的工艺条件见表1.表1中空纤维膜纺丝工艺条件Table1Hollowfibermembranespinningconditions中空纤维膜参数PVDF∶PVC7∶3溶剂DMAc添加剂PVP(K30)液氮压力/MPa0.25干纺程/cm6室内温度/℃(25±1)搅拌温度/℃(80±5)相对湿度/%602.1凝胶浴温度对膜性能的影响凝胶过程是一个双向扩散过程:水扩散到膜内,溶剂和添加剂从膜里扩散出来.这个交换速率对于膜孔的结构起着一定的作用,而凝胶介质的温度对这个交换速率有很大的影响.许多学者[3-8]进行了凝胶浴温度对膜性能影响的探讨,说明凝胶浴对于制膜工艺来说是一个非常重要的参数,通过改变凝胶浴温度,可以获得不同性能的膜.在基本纺丝工艺条件不变的条件下,通过改变外凝胶浴温度,可以得到不同性能的中空纤维膜,膜性能分析结果见表2,凝胶浴温度对膜性能影响见图1,膜形态结构见图2.表2凝胶浴温度对膜性能的影响Table2Effectofthecoagulationtemperatureonmembraneperformance凝胶浴温度/℃水通量/(L·m-2·h-1)平均孔径/μm孔隙率/%