SiO-2-PSf杂化超滤膜制备和性能研究

第30卷�第4期膜�科�学�与�技�术Vol.30�No.42010年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2010SiO2/PSf杂化超滤膜制备和性能研究于海琴,李永华,赵宏峥(北京交通大学土建学院市政与环境工程系,北京100044)摘�要:分别以粉末和溶胶-凝胶的方式向聚砜铸膜液中添加不同含量的SiO2,通过L�S相转换法制备SiO2/PSf杂化超滤膜.比较两种体系在不同SiO2含量下铸膜液的稳定性、黏度,及膜的微观结构、平均孔径、孔隙率、渗透性能和机械性能.结果表明,以溶胶-凝胶方式添加SiO2的铸膜液更加稳定,各方面性能更好.粉末添加下SiO2含量为2%时效果较好,水接触角为62�,纯水通量为141L/(m2h),对腐殖酸(Mr=370000)的截留率为83.7%;溶胶-凝胶添加下SiO2含量为8%~10%时效果较好,水接触角为40�,纯水通量为182L/(m2h),对腐殖酸(Mr=370000)的截留率为92%.关键词:超滤膜;聚砜(PSf);纳米SiO2;正硅酸乙酯TEOS中图分类号:TQ028.8��文献标识码:A��文章编号:1007�8924(2010)04�0028�06��聚砜(PSf)材料具有机械强度高、抗压密性、化学稳定性、耐热性及pH适应范围宽(2~12)等优点,且聚砜材料价格低廉、制膜方法简单,因而被广泛应用在超滤膜的制造工业中.然而由于聚砜超滤膜憎水性强,很容易吸附过滤过程中的疏水物质造成污染,使膜性能降低,因此对聚砜膜的亲水改性受到广泛的重视.近年来,人们为提高聚砜超滤膜的性能做了大量的工作.目前提高超滤膜性能的主要手段是结构改性和表面改性[1].结构改性可以使超滤膜的改性效果更加均匀、持久和稳定,其中通过将超滤膜基础材料与其他辅助材料共混改性的方法因操作简单实用和效果显著而备受现在制膜行业的关注.纵观文献,很多制备超滤膜的材料如聚砜、聚醚砜、PVDF等与少量的无机晶体添加剂如TiO2、SiO2等共混而制备的有机/无机杂化膜,其性能明显高于不添加无机晶体添加剂的有机高分子基膜[2.3].纳米SiO2比表面积大,具有很高的表面化学能因而具有较高的亲水性.有文献提出经过SDS表面活性剂改性的SiO2亲水性增强[4].而且,相对于其他无机晶体添加剂SiO2廉价易得,在提高超滤膜的性能方面有很好的前景.本文通过以纳米SiO2粉末和正硅酸乙酯(TEOS)两种形式将SiO2投加到聚砜铸膜液中,通过L�S相转化方法制备PSf/SiO2复合超滤膜,并考察SiO2的投加量及投加方式对超滤膜结构和性能的影响.1�试验仪器、材料与方法1.1�仪器电子分析天平,上海大平仪器厂;UVPC-240型紫外分光光度计,日本岛津公司;调速电动搅拌器,郑州长城科工贸有限公司;超滤过滤器,自制;CSl01-1型真空干燥箱,重庆实验设备厂;JJ0-2型接触角测量仪,中国长春第五光学仪器厂;扫描电镜,EIQuanta200-EDAXGenesis2000;6L型旋转黏度计,德国Haak公司.1.2�材料聚砜(PSf,�=0.67),上海曙鹏特种工程塑料有限公司;聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30),德国进口分装;N-N�二甲基乙酰胺(DMAc,化学纯),天津化学试剂有限公司;N�甲基-2-吡咯烷酮(NMP,化学纯),天津市科密欧化学试剂开发中心;十二烷基磺酸钠(SDS),天津化学试剂有限公司;正硅酸乙酯(TEOS),天津化学试剂有限公司;纳米级SiO2粉收稿日期:2009�05�07;修改稿收到日期:2010�01�26作者简介:于海琴(1965�),女,北京市人,副教授,从事水处理和膜分离技术的教学和研究!.∀hqyu@bjtu.edu.cn!�第4期于海琴等:SiO2/PSf杂化超滤膜制备和性能研究29��体(Mr=3000),杭州万景新材料有限公司;硅烷偶联剂KH�560;腐殖酸(Mr=37000),北京鼎国生物技术有限公司.2�试验内容和方法2.1�亲水型SiO2纳米粒子的改性由于纳米SiO2粒子具有极大的比表面积和表面能,因而极易团聚,致使其在应用中无法发挥纳米粒子的优异性能.故而需要对SiO2纳米粒子进行表面改性,降低其在铸膜液中的团聚作用,增强纳米SiO2粒子在铸膜液中的分散性.通过十二烷基磺酸钠(SDS)表面改性的SiO2纳米粒子表面会吸附大量的羟基,羟基是亲水性基团,经过此方法改性的SiO2的亲水性会有所提高[5].SiO2粉体的改性方法:取1g纳米SiO2粉末,加入到200mL0.7%SDS水溶液中,调pH值为4,搅拌6h,离心收集,并用除盐水洗涤数次后干燥,得白色SiO2纳米粉体.2.2�SiO2溶胶的制备另一种SiO2的添加方法是将SiO2溶胶添加入铸膜液,SiO2溶胶通过水解缩聚反应