聚乙烯醇缩丁醛超滤膜的制备

文章编号:1007-8924(2005)06-0059-05聚乙烯醇缩丁醛超滤膜的制备沈飞陆晓峰*卞晓锴施柳青(中国科学院上海应用物理研究所膜分离中心,上海201800)摘要:用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为本体高分子材料,用浸没沉淀相转化法制备PVB不对称超滤膜;扫描电镜照片显示所制膜的超滤结构.研究了PVB本体浓度、制膜间隙、凝胶浴温度以及乙酸添加剂等因素对PVB不对称超滤膜性能的影响;比较了乙酸及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为添加剂对大孔径PVB超滤膜皮层结构的影响.当PVB本体浓度为12%时,膜的纯水通量及牛血清白蛋白(BSA)溶液通量分别为876.4L/(m2#h)和89.8L/(m2#h),此时膜对BSA的截留率为96.8%;PVB膜纯水通量随着制膜间隙的增加及凝胶浴温度的上升而降低;乙酸及PVP的添加均提高了PVB超滤膜的纯水通量,通量增加幅度分别为136%和171%.关键词:聚乙烯醇缩丁醛(PVB);超滤膜;浸没沉淀相转化法;膜制备中图分类号:TQ423.2文献标识码:A自从Loeb-Sourirajan开创浸没沉淀相转化法(L-S法)制备不对称膜以来,有关L-S法制备不对称超滤膜的研究及应用得到了迅速发展.目前,在实际应用的膜生物反应器(MembraneBioreactor,MBR)中,以L-S法制备的超滤膜多以聚醚砜(PES)[1]、聚偏氟乙烯(PVDF)[2]及聚砜(PS)[3]等偏疏水性材料为主,使得上述各种膜在耐污染方面都具有一定的局限性;也有采用亲水性的纤维素作为超滤膜材料,但由于其耐化学性和耐生物侵蚀性较差,在实际应用中受到限制[1,4].因此,寻找新的制膜材料,研制适应不同分离需要的超滤膜,成为L-S法制备超滤膜研究中的重要内容之一.作为广泛应用在透明材料、涂料、胶粘剂以及纤维加工等方面的高分子材料,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)无毒、无嗅且具有良好的耐低温性、耐光性、耐水性以及优良的机械强度和抗冲击性能,同时能耐大气和湿度的变化,不受细菌和昆虫的侵蚀,不受脂肪烃(汽油等)、碱、稀酸的侵蚀[5];此外,初步实验发现,PVB有着良好的成膜性能;加之PVB分子中带有亲水性基团-OH,通过接触角测定,成膜后PVB膜表面接触角为64b,鉴于此,我们推测以PVB作为本体高分子材料很有可能制备出孔径可调的亲水性耐微生物污染的超滤膜.Denizli等[6]研究了CibacronBlueF3GA-PVB固定膜在pH为2~9的范围内,对Pb(Ò)、Cd(Ò)、Zn(Ò)、Cu(Ò)等重金属离子的吸附情况.Gotho等[7]以多孔的PVB膜为载体用来固定尿素酶.然而,迄今鲜有PVB超滤膜制备的系统研究,以及除了用作固定膜以外的PVB超滤膜的应用报道.本文选用PVB、二甲基乙酰胺(DMAC)、乙酸、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等原料作为制膜体系,用传统的L-S法制备了PVB不对称超滤膜;研究了PVB本体浓度、制膜间隙、凝胶浴温度以及添加剂乙酸的添加量等因素对PVB不对称超滤膜性能的影响;比较了乙酸及PVP的添加对PVB膜皮层结构的影响.1实验部分1.1材料PVB,黏度15~35s,丁醛基45%~49%,航空级;DMAC,化学纯;乙酸,浓度36%,以上三种试剂购自中国医药集团上海化学试剂公司.PVP,分子收稿日期:2004-04-22;修改稿收到日期:2004-07-01作者简介:沈飞(1979-),男,安徽凤阳人,博士研究生,研究方向为高分子超滤膜的制备及应用.*联系人.第25卷第6期膜科学与技术Vol.25No.62005年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2005量30000,美国ISPTecnologiesInc.提供.牛血清白蛋白(BSA),分子量68000,中国科学院上海生物化学研究所.实验用水均为去离子水.1.2制膜过程精确称取不同重量的PVB粉末溶于DMAC中,配制成不同组分的铸膜液(有时添加乙酸或PVP).待混合搅拌后的铸膜液溶解均匀后,用刮刀在一定环境温度、铸膜液温度以及环境湿度的条件下,刮制成液态薄膜,随即浸入凝胶浴(去离子水)中分相成膜.膜的厚度通过制膜间隙控制(即刮刀与膜支撑物之间的距离).凝胶固化后的PVB超滤膜不断用去离子水冲洗,并浸泡48h后待测.1.3膜过滤性能评价1.3.1水通量用去离子水洗净新膜并将其置于静态杯式超滤膜评价仪(自制)中.在室温、0.22MPa下用去离子水将新膜预压10min,随后收集一定时间内透过液的体积,按式(1)计算膜的水通量F(L#m-2#h-1):F=透过液的体积/(膜的有效面积@时间)(1)1.3.2截留率用去离子水洗净新膜并将其置于静态杯式超滤膜评价仪中,在室温、0.22MPa压力下,用质量浓度为0.5g/L的BSA溶液透过膜,