超滤膜表面亲水改性及其抗污染性能研究

天津大学硕士学位论文超滤膜表面亲水改性及其抗污染性能研究姓名：马小乐申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜忠义20070101摘要作为一种绿色高效的新型分离技术，超滤在生物分离领域具有广阔前景。目前，膜污染依然是制约超滤应用效率的瓶颈。膜材料是影响膜污染的主要因素，开发亲水性膜材料或者提高现有材料的亲水性被认为是降低膜污染的有效途径。本论文以降低高分子超滤膜在生物分离中的污染为出发点，系统研究了膜的制备和膜表面的亲水改性。采用反相成膜法制各聚乙烯醇缩丁醛(PVB)超滤膜，并通过酸催化水解对其进行化学处理改性。对改性后的PVB膜进行表征，XPS和接触角实验结果表明膜表面的羟基含量增加，亲水性增强，SEM照片显示膜结构未发生明显变化，机械强度和孔隙率实验结果也与未改性膜接近；超滤实验数据表明化学处理改性对膜分离性能有一定影响；通过对膜污染的系统分析发现化学处理改性可以提高PVB超滤膜的抗污染性能，当使用1．0M盐酸处理4h时，膜的通量损失率由45．1％下降至38．1％，而通量恢复率则由58．8％上升至78．5％。通过吸附法改性聚醚砜(PES)超滤膜，将亲水性PVA吸附到疏水性膜表面，并对改性膜进行表征和评价。XPS数据证实了改性膜表面PVA的存在，接触角数据证实了膜表面亲水性的增强，而SEM则显示膜结构并未发生明显变化；超滤实验表明吸附改性会导致膜通量的降低，但可有效提高PES超滤膜的抗污染性能，当PVA溶液浓度为O．5wt％，吸附次数为3次时，改性膜的总污染和可逆污染指数分别从0．61和0．47降至0．38和O．22，通量恢复率由53．1％上升至78．2％；长期运行实验表明PVA吸附改性膜具有较高的稳定性。通过共混法使用含有聚乙二醇(PEG)链段的梳状共聚物PS．b．PEG对PES膜进行改性，并对共混膜进行表征和评价。接触角、ⅫS等表征结果表明共混超滤膜表面亲水性得到显著提高，PEG链段发生了表面富集现象；SEM和机械强度结果表明共混膜结构未发生显著变化，机械性能仍可满足超滤操作要求；蛋白质吸附实验表明共混膜具有良好的抑制蛋白质吸附能力，最低吸附量降至0．599／cm2；超滤实验表明共混膜的通量略有提高，其原因主要是梳状共聚物起一定的致孔作用；通过对膜污染的系统分析证实共混改性提高了PES膜抗污染性能，总污染和不可逆污染指数均显著降低。关键词：超滤膜；蛋白质污染；表面亲水性：化学处理改性：吸附改性；共混改性ABSTRACTAsagreenandenergy-efficientseparationtechnology,ultrafiltrationexhibitsavastprospectofapplicationinbioseparation，whilemembranefoulingstillconstitutesaboRleneckofitsdevelopment．Membranematerialsshowgreatimpactonmembranefouling．Majorapproachesforfoulingreductionincludeexploitationofnovelhydrophilicmembranematerialsandhydrophilicmodificationofmembranematerialsapplied．Inthisdissertation，withtheaimofreducingmembranefoulingduringbiosepration，preparationandhydrophilcmodificationofultrafiltrationmembraneswereinvestigated．Poly(vinylbutyral)fPVB)ultrafiltrationmembraneswerepreparedviathephaseinversionprocessandmodifiedthroughan．acidcatalyzedhydrolysisprocess．XPSandwatercontactangleresultsindicatedtheincreaseofhydroxylgroupsatmembranesurfaceandtheenhancementofsurfacehydrophilicity,andSEMsuggestedthatmodifiedmembranesremainedasymmetricstructure；meanwhile，themechanicalpropertyandporositywereclosetothevaluesofcontrolPVBmembranes。Ultrafiltrationresultsshowedthatseparati