PES超滤膜的制备工艺条件及化学稳定性研究

第16卷第4期2002.12沈阳化工学院学报JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYVol.16No.4Dec.2002收稿日期:2001-12-21基金项目:福建省自然科学基金资助项目(E0010012);福建省教育厅资助项目(JB01039);福建省高校测试基金项目作者简介:陈坚锐(1979-),男,福建泉州人,硕士研究生,主要从事膜科学与技术的研究.文章编号:1004-4639(2002)04-0294-05PES超滤膜的制备工艺条件及化学稳定性研究陈坚锐,黄加乐,董声雄,龚琦(福州大学化工系,福建福州350002)摘要:采用国产聚醚砜(PES)为原料,以N-N二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂制备小截留分子量平板超滤膜.研究PES浓度、添加剂种类及用量、初生态膜蒸发时间等因素对超滤膜性能的影响.初步确定制备PES超滤膜的工艺条件,并研究其化学稳定性.用小角X射线散射法测定PES超滤膜的孔径分布及其平均孔径.关键词:超滤膜;聚醚砜;小截留分子量;制备工艺;化学稳定性中图分类号:TQ02818文献标识码:A目前国内的超滤膜商品主要是截留分子量(MWCO)为几万到几十万的超滤膜,而对于小截留分子量(MWCO<10000)的超滤膜国内研究还很少.随着医药工业和环境保护行业的发展,国内对小截留分子量超滤膜的需求量日益增多.目前国内外的小截留分子量超滤膜的材料主要是第一代膜材料,如聚砜、醋酸纤维素及其衍生物等.但这些膜材料有一个共同的缺点,即化学稳定性、耐有机溶剂性能均较差[1].而聚醚砜具有克服以上缺陷的特点[2].本工作采用聚醚砜(PES)为原料制备截留维生素B12(分子量为1350)的平板超滤膜.研究PES浓度、添加剂种类及用量、初生态膜蒸发时间等因素对超滤膜性能的影响.初步确定制备PES超滤膜的工艺条件,并研究其化学稳定性.用小角X射线散射法测定PES超滤膜的孔径分布及其平均孔径.1实验部分1.1原料、试剂和仪器聚醚砜(PES),福龙膜科技开发有限公司提供.N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),上海化工厂生产.维生素B12注射液,福建福清制药厂生产.7230型分光光度计,厦门分析仪器厂出品.1.2膜的制备用L-S相转化法制备PES超滤膜[3~5].1.3膜的性能表征用杯式超滤器测定超滤膜的水通量J.用维生素B12(MW=1350)溶液和渗透液的浓度计算截留率R.用湿膜的含水率表征膜的孔隙率Pr.根据已测量的PES超滤膜的水通量J和孔隙率Pr,用滤速法[6]算平均孔径.用小角X射线散射法[7~9]测膜的孔径分布及其分布.用减量法表征PES超滤膜的化学稳定性.2结果与讨论2.1PES浓度对超滤膜性能的影响从图1、图2、图3可以看出,膜的平均孔径、水通量和孔隙率在PES浓度为12%~14%时(质量分数,以下同)有突变,而截留率在浓度为12%~16%时的变化则呈现比较平缓.所以若要制备孔径小、水通量大的超滤膜,PES浓度应选择在14%左右.因为,随着铸膜液中PES浓度的增加,铸膜液粘度急剧增大,凝胶过程中铸膜内的溶剂和凝胶介质之间的传质阻力增大,凝胶速度跟着显著下降,制备的超滤膜就比较致密(如海绵状结构).图1PES浓度对膜的水通量、截留率的影响图2PES浓度对膜的水通量、平均孔径的影响图3PES浓度对膜的孔隙率的影响2.2蒸发时间对膜性能的影响从图4、图5、图6可以看出,随着蒸发时间的增加,膜的水通量逐渐降低,平均孔径逐渐减小,截留率逐渐增加,膜的孔隙率逐渐增加.但是,截留率的变化趋势比较平缓.这可能是浸入非溶剂介质凝胶浴前的蒸发,即初生态膜表面里的溶剂挥发,导致表面膜液组成发生改变.随着蒸发时间的增加,微胞逐渐致密化,体积减小.图4蒸发时间对膜的水通量、平均孔径的影响图5蒸发时间对膜的水通量、截留率的影响图6蒸发时间对膜的孔隙的影响295第4期陈坚锐,等:PES超滤膜的制备工艺条件及化学稳定性研究2.3添加剂的种类对PES超滤膜性能的影响添加剂种类对PES超滤膜性能的影响如表1所示.表1添加剂的种类对PES超滤膜性能的影响添加剂水通量J/(ml/cm2#h)截流率R/%膜的孔隙率Pr/%平均孔径r/nm聚乙二醇60012141261866119534147丙酮018126100641888175碳酸锂2129281637711513113结晶氯化铝016223155611327145氯化锂2124341685811917181磷酸017349104751437100从表1数据看,以聚乙二醇600作添加剂时,膜的水通量较大,平均孔径也大(34nm),截留率相对比较低,孔隙率也比较小.若用碳酸锂或氯化锂,膜的孔径小(10~20nm),但对维生素B12的截留率不是很理想,可能有大孔存在.若