涂层法制备聚醚砜中空纤维纳滤膜及应用

第32卷第1期2012年2月膜科学与技术MEM旧RANESCIENCEANDTECHNOLOGYVoL32No．1Feb．2012涂层法制备聚醚砜中空纤维纳滤膜及应用潘成1，王雨1，李雪梅1，何涛1’2(1．南京工业大学化学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，南京210009；2．中国科学院上海高等研究院，节能减排与材料工程研究室，上海201203)摘要：以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为内涂层制备了聚醚砜中空纤维纳滤膜，研究了溶剂、SPEEK磺化度、浓度及后处理温度等参数对膜性能的影响．结果表明，以SPEEK(磺化度0．55)的1％甲醇溶液为涂层溶液，经过30℃后处理6h制得纳滤膜具有较高的通量和离子选择性．其应用于含盐染料废水分离．结果显示，该膜完全截留小分子染料，但是透过单价盐类．该膜为单价／多价盐离子的分离和合盐染料废水的处理提供了一种新的可能性．关键词：中空纤维纳滤膜}涂层法；磺化聚醚醚酮；染料废水中图分类号：TQ028．8文献标识码：A文章编号：1007—8924(2012)01—0018—05纳滤膜是一种压力驱动的膜过程，由于具有独特的分离特性，可选择分离一价盐和二价盐且对分子量在200～1000的中性溶质有机物具有较高的截留率[1]，因而纳滤膜在染料工业废水脱色，硬水软化，抗生素药物低温浓缩、脱除灰份，染料脱盐、浓缩，取代盐析等方面具有重要的应用价值．在含盐染料废水处理和回用中，目前大部分的文献报道通常采用平板纳滤膜．例如平板TFC—SR2纳滤膜[2]．日东电工LES90纳滤膜，其对染料的截留率为96％，而通量为0．0372L／(m2·h-1·kPa叫)[3]．磺化聚醚砜(SPES)和醋酸纤维素(CA)纳滤膜对染料也具有较高的截留率[4]．众所周知，中空纤维膜是自支撑膜，具有填充密度大、易清洗等优点．中空纤维纳滤膜具有平板膜所不具备的优势，但目前尚未有关于中空纤维纳滤膜用于染料废水处理的报道．He等利用涂层法制备了中空纤维纳滤膜，该膜对有机染料的截留率在97％～100％[引，但是未见其应用于含盐染料废水．高含盐染料废水体系的分离较为复杂，而目前商业化纳滤膜并不是针对该体系而制备的．因而研究适合于高含盐染料废水体系分离的中空纤维纳滤膜具有重要意义．本论文通过涂层法制备得到了磺化聚醚醚酮复合聚醚砜(PES)中空纤维纳滤膜，采用盐截留率表征膜的分离性能，并尝试通过处理工业染料废水考察膜的实用价值．1实验部分1．1实验材料PES中空纤维超滤膜由南京奥特高科技有限公司提供(MWCO=70000，内／外径=0．8／1．3ram)；甲醇、乙醇、硫酸钠、氯化钠、氯化镁、浓硫酸均为分析纯，由国药集团提供；PEEK由德固萨提供；环氧树脂(E51—85)由中国林业科学研究院南京科技开发总公司提供；工业染料废水由江苏双宏化工有限公司提供．1．2聚醚醚酮(PEEK)的磺化称取30gPEEK溶于300mL浓H2S04中，用恒温浴控制温度25℃，在夹套瓶中搅拌反应一定时间后，将反应溶液用分液漏斗慢慢滴到冰水混合物中，控制溶液温度在5℃以下(出现沉淀)，用去离子水洗涤直至溶液pH至7，过滤得到沉淀物，自然风收稿日期：2010-12-14；修改稿收到日期：2011—03—11基金项目：国家重大基础研究973项目(2009CB623402)；材料化学工程国家重点实验室基金(38901120)；自然科学基金(20976083)作者简介：潘成(1986一)，男。江苏丹阳市人，硕士，主要从事有机高分子膜制备和应用研究．(pancheng_976@163．corn)万方数据第1期潘成等：涂层法制备聚醚砜中空纤维纳滤膜及应用干后放到真空干燥箱中干燥备用[6]．通过控制磺化时间可以调节磺化高分子的磺化度．为了区分不同的磺化产物将其命名如下：SPEEK一48和SPEEK一72，其中数字代表的是磺化时间．1．3涂层法制备中空纤维纳滤膜将实验室合成的SPEEK溶解于溶剂中，配制成不同浓度的高分子涂层溶液，然后将涂层溶液涂覆到PES中空纤维超滤基膜上，最后将膜在一定的温度和时间下进行后处理，得到中空纤维纳滤膜[5]．1．4膜性能的测试中空纤维纳滤膜错流过滤装置如图1所示．配制一定体积的料液，在一定条件下测试制备的中空纤维纳滤膜的性能，其中压力为300kPa，料液浓度2g／L，料液温度为(25±2)℃．中空纤维纳滤膜测试组件用环氧树脂封装，单个组件长度为20cm，有效膜面积为3．77cm2．组件装入自制的错流装置中后，待压力稳定后开始测试．根据渗透液的体积和测量时间可计算中空纤维纳滤膜的渗透通量，计算公式如下：F=AE￡(1)式中，V、A和t分别表示渗透液的体积、中空纤维纳滤膜的面积和测试时间．根据渗透液与料液浓度计算中空纤维纳滤膜的截留率，计算公式如下：R一单×100