聚砜中空纤维超滤膜制备条件的考察

第201994卷第4期年8月水处理技术TE(:HNOL(X升Y(〕FWATERTREATMENTVol.20No.4Aug.,1994聚飒中空纤维超滤膜制备条件的考察秦建军王正建田燕林一铮江成璋(中科院大连化学物理研究所,116023)摘要考察了膜液温度、内外凝胶温度和膜液出喷丝头的剪切速度对聚巩中空纤维超滤膜性能的影响。结果表明:保持其它条件一定时,膜液温度升高或凝胶温度降低时,最终膜孔径变小,并用制膜体系三元相图进行了分析;当膜液出喷丝头的剪切速度达到某一极限值时(不同膜液体系,此机限值不同),获得了压密性能优良的聚巩中空纤维超滤膜。关键词:膜,聚枫,中空纤维,超滤一、前~止一一~~‘~夕~口中空纤维超滤器以其膜装填密度大,操作方便等优点成为目前广泛采用的一种过滤器,而膜的研制是其核心。前文[l:研究了中空纤维超滤膜的结构形态,本文以制备无缺陷的小孔和抗压性能优良的中空纤维超滤膜为目的,重点考察了膜液和凝胶温度及膜液的剪切速度对聚矾中空纤维超滤膜性能的影响。、一、实验1.中空纤维膜的纺制以聚枫为膜材料,DMAC或NMP为溶剂,采用干喷一湿纺法纺丝技术纺制中空纤维膜,其工艺流程和操作参数见文献[1〕。2.膜性能评价将中空纤维膜组装成约60cm2的小器,在0.IMPa下测试膜的纯水透量随时间的变化。用0.05肠的葡聚糖或蛋白质水溶液测定膜的截留率,分析采用日本岛津的TC〔一10B总碳分析仪。二、结果和讨论1.膜液温度对膜性能的影响对一定膜液配方,在其它工艺条件不变时,随着膜液温度(纺丝温度)的升高,最终膜的纯水透量减小,截留率增大,即膜孔径变小(表1)。我们试图用制膜液体系三元相图进行分析。根据Smolders等人的观点[z,习,皮层的微结构主要取决于实现凝胶那一瞬间膜液界面上的聚合物浓度。对一定组成的配方A,当膜液温度由TP升高到T‘P时,其相分离曲线右移(图1)。另外,由于凝胶温度保持不变,膜液温度升高时,收稿日期:93一05一30198水处理技术第20卷第4期膜液中溶剂的逸出速度与凝胶液中沉淀剂的浸入速度之比(JS/JNS)也相对增大,因此,低温和高温两个不同温度膜液的成膜过程可分别由途径1和途径2示意。显然,高温比低温膜液凝胶的界面处的聚合物浓度高,所以前者的最终膜比后者密实,表现为膜孔径小。表1膜液温度对膜性能的影响配方体系膜编号膜液温度(℃)芯液温度(℃)外凝温度(℃)纯水透量(l,/h.mZ)0.IMPa,25℃截留率(%)核糖核酸酶PEG2万溶剂NMPb溶剂DMAC90一11一390一10一290一10一487一78一487一78一53046.56020202501820201054220206350;:::5.560;:聚合物(P)聚合物(P)_/。产尸产、泌拼户洲、.之八哎PT11,l/lrA/I溶剂(S)沉淀剂(NS)榕剂(S)沉淀剂(NS)图1不同温度的等温三元相图及成膜途图2凝胶温度对成膜过程影响示意径示意2.凝胶温度对膜性能的影响表2凝胶温度对膜性能的影响酉己方体系C溶剂D入刁A(、膜编号芯液水温外凝水温纯水透量(1丫h.n12)25‘(截留率(%)核糖核酸酶Tso17竺]10的90一2一290一2一3左‘八6乃IO曰Q“Q†d溶剂DMAC91一192一491一45.52Ol511.5::厂口‘了弓a00亡n尸a4汽†尸乃0亡d4,Jg白夕”溶剂N入月F89一74一l89一74一389一73一l::57由表2可看出,对一定膜液配方,其它工艺条件保持不变时,随凝胶水温的降低,对DMAC溶剂体系,最终膜的水透量减小,截留率升高。在相图2中,膜液温度一定,降低凝胶液温度时,JS/JNS之值相对增大,高、低温凝胶的成膜过程可分别由途径3和4所示意,显然,低第20卷第4期秦建军等,聚矾中空纤维超滤膜制备条件的考察199温比高温凝胶的膜液界面处的聚合物浓度高,最终膜变得密实,膜孔径变小。但对于NMP溶剂体系则表现为反常现象,这还有待进一步探讨。3.小孔中空纤维超滤膜的制备及应用根据上述原理,选择适宜的工艺条件制备了小孔中空纤维超滤膜(B05),其部分工艺条件及膜性能列于表3中,为了比较,同时还列入了本实验室研制的切割分子量为1万的中空纤维膜(Bl)的性能。将此膜应用于人a一干扰素生产膜法新工艺中,对目标产品液体浓缩20倍以上,收率可达90%以上。表3小孔中空纤维超滤膜(B05)的性能膜类型膜液温度芯液温度外凝温度纯水透量L/h.mZ,0.IMPa截留率(%),1305b160℃25℃27℃307U(25℃)(25℃)TzoT‘0T7oTiioTsoo368592961001840687997*以不同分子量的系列葡聚糖作为截留物4.剪切速度对膜性能的影响考察了膜液出喷丝头的不同剪切速度对最终膜性能的影响(图3)。