聚丙烯酸钠荷负电膜的制备及分离特性研究_罗远宏

文章编号:1007-8924(2007)01-0041-04聚丙烯酸钠荷负电膜的制备及分离特性研究罗远宏,肖凯军＊,楼雅青,郭祀远,蔡妙颜(华南理工大学轻化工所,广州510640)摘要:采用含浸法制备聚丙烯酸钠荷负电超滤膜,研究了聚丙烯酸钠含量、含浸时间、交联剂、乙酸和乙醇加入量等因素对膜性能的影响,利用红外光谱分析膜组成变化,获得制备聚丙烯酸钠荷电膜的合适条件.研究结果表明,实验制备得到的荷负电膜引入了羧基基团,膜的透过率影响较少,而截留率比未改性膜提高了9倍,由9.23%增加到89.02%.关键词:荷电膜;聚丙烯酸钠;透过率;截留率中图分类号:O484.42文献标识码:A荷电超滤膜是指内外表面上存在着固定电荷的超滤膜.从分离行为看,常规膜分离过滤是基于一种物理筛分的原理.荷电膜除了物理筛分之外,还有Donnan效应,因此荷电超滤膜具有特殊的吸附分离特性能.另外由于膜中引入了荷电基团,膜的亲水性得到了加强,因而提高了膜的通透率;同时由于同性相斥的电荷效应,荷电膜能与带相同电性的被分离物质之间产生相互排斥的作用,降低物质在膜表面沉积,膜的抗污染性显著增强[1].本文研究不同的制备条件对聚丙烯酸钠荷负电超滤膜分离性能的影响,采用红外光谱分析改性前后膜组分的变化.1实验材料与方法1.1主要实验材料聚芳醚砜超滤膜(PES300,截留分子量为30000)购自中科院膜研究所;聚丙烯酸钠(AR),盐酸(CP),丙三醇(AR),戊二醛(25%,AR),甲醇(AR),乙酸(36%,AR)购自广州海珠区化学试剂厂;右旋糖酐硫酸酯(分子量小于10000)天津川页生物制品有限公司提供.1.2主要实验仪器S22PC分光光度计(上海棱光技术有限公司);恒流泵(保定兰格恒流泵有限公司);VECTOR33型红外测试仪(德国Bruker公司);板框式膜过滤装置,有效膜面积为90cm2,自制,见图1.图1板框式膜过滤装置Fig.1Plate-and-frametypemembranefilter1.3荷电膜的制备方法将基膜放置于聚丙烯酸钠、盐酸和丙三醇为主要成分,添加乙酸和甲醇的膜液中浸泡一定时间,取出阴干,然后在体积分数为1%的戊二醛溶液中交联,在一定条件下热处理,取出用去离子水充分洗涤后备用.1.4膜性能的测定1.4.1膜的渗透通量和截留率测定[4]在0.2MPa压力下,采用平板膜装置分别对蒸馏水和2g/L的右旋糖酐硫酸酯水溶液进行超滤分离.膜通量J=VS×t(1)式中:V为透过液体积,mL;S为膜有效面积,cm2;t为超滤时间,h.截留率R=(1-CpC0)×100%(2)式中:Cp为透过液浓度,mg/mL;C0为进料液浓度,mg/mL.收稿日期:2005-04-25;修改稿收到日期:2005-08-04基金项目:广东省科技攻关项目(2004B10201001);国家自然科学基金资助项目(20006005)作者简介:罗远宏(1977-),男,广东人,硕士生,研究方向:天然溶液分离纯化.＊通讯联系人第27卷第1期膜科学与技术Vol.27No.12007年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2007DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2007.01.0091.4.2荷电膜的离子交换容量的测定荷电膜的离子交换容量通常用化学滴定法测定,其测定方法如下:把一定面积的荷电膜样品,先用0.1mol/L标准NaOH溶液100mL浸泡放置24h,然后吸取浸泡液50mL,以酚酞为指示剂,用0.1mol/LHCl标准溶液进行反滴定,至无色为止[2,3].离子交换容量(IEC,mmol/cm2)按下式计算:IEC=2×(VNaOH×NNaOH-VHCl×NHCl)膜样品面积(3)式中:VNaOH为NaOH消耗体积,mL;NNaOH为NaOH浓度,mol/L;VHCl为HCl消耗体积,mL;NHCl为HCl浓度,mol/L.1.5荷电膜的红外光谱分析称取约2mg制备样品薄片,放入样品架上,置于VECTOR33型红外测试仪全波段扫描.2结果与讨论2.1含浸时间对膜性能的影响含浸时间是指把PES基膜浸泡在分离层膜液中的时间[5].研究了浸泡时间分别为1,5,10,15min和20min时对聚丙烯酸钠荷负电膜性能的影响,结果如表1所示.表1含浸时间对膜性能的影响Table1Influenceofsoakingtimeonperformancesofpreparedmembrane含浸时间/min截留率/%纯水膜通量/(mL·cm-2·h-1)离子交换容量/(mmol·cm-2)173.1223.965.14×10-4580.7622.596.25×101089.0220.647.64×101590.7019.898.01×