聚乙烯醇磷酸铵改性聚乙烯醇纳滤膜的研究

纳滤膜是介于反渗透膜和超滤膜之间的的一种膜分离技术，其已广泛用于水处理领域。纳滤膜具有纳米级的膜孔径，其截留分子量多在200～2000之间，且纳滤膜一般膜表面带有电荷，因此对不同电荷和不同价态的离子有不同的Donann电位，从而展现出独特的分离性能[1-2]。目前，纳滤膜制备主要有相转化法、复合法和共混法[3]。聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性高分子聚合物。PVA分子链中含有大量的羟基，不仅具有良好的亲水性能，同时还具有好的成膜性能，是一种性能极佳的膜材料[4]。聚乙烯醇磷酸铵是一种白色高分子化合物易溶于水，较适合用作添加剂，其本身具有带电基团，因此，能够增加纳滤膜的带电性，同时增加纳滤膜的离子选择性。1实验部分1.1复合纳滤膜的制备及表征以聚砜为底膜，将不同型号的聚乙烯醇配置一定质量浓度的溶液，再加入聚乙烯醇磷酸铵，真空脱泡，均匀地涂覆在聚砜底膜上，阴干，再涂覆一定浓度的马来酸水溶液，将所制得的膜经80℃烘箱处理30min，复合膜制备完成。1.2分析表征用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）表征膜结构，用XPS分析来测试膜的化学组成，用膜性能测试评价仪来测试膜片的截留率和水通量。2结果与讨论2.1不同聚乙烯醇型号的选择对膜性能的影响不同型号的聚乙烯醇质量分数和醇解度各不相同，本实验选择了3种不同型号的聚乙烯醇分别进行了实验。1号为分子量为15万左右，醇解度为85%的聚乙烯醇，2号为分子量为20万左右，醇解度为90%的聚乙烯醇，3号为分子量为25万左右，醇解度为95%的聚乙烯醇。1号膜是用1号聚乙烯醇制备的纳滤膜，以此类推。聚乙烯醇磷酸铵的质量分数是0.5%，马来酸的质量分数为3%。聚乙烯醇的质量分数为3%。不同型号聚乙烯醇所制备的纳滤膜性能如表1所示。测试条件为：1000mg/L的Na2SO4溶液，测试压力为1.0MPa，测试温度为25℃。由表1可见，聚乙烯醇分子量越小，所制备的纳滤膜截留率就越低，而水通量却是先升高后降低。聚聚乙烯醇磷酸铵改性聚乙烯醇纳滤膜的研究陈可可，翟丁，刘文超，周勇，高从堦，潘巧明（杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：采用聚乙烯醇磷酸铵与不同型号聚乙烯醇共混，再配置不同质量分数的马来酸溶液，将所配置的溶液涂覆在聚砜底膜上，放入烘箱烘干，改性聚乙烯醇纳滤膜制备完成。分别对膜片的纯水通量、无机盐的脱除率进行了测试，通过扫描电镜和原子力显微镜观察膜的结构。测试结果发现，改性聚乙烯醇纳滤膜的水通量为110L/(m2·h)，与未改性前有大幅度提高。经过测试，共混后的纳滤膜对MgCl2水溶液基本无截留，对Na2SO4水溶液的截留率为88%，对NaCl水溶液的截留率为30%。本文通过引入离子型亲水性基团，从而增加了膜片的水通量和分离性能。关键词：聚乙烯醇；纳滤膜；聚乙烯醇磷酸铵；共混中图分类号：TQ028.8；X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2015)07-0054-003收稿日期：2014-12-20基金项目：863课题“高通量纳滤膜材料的规模化制备技术”（2012AA03A608）；工信部新材料产业化专项项目；浙江省海水淡化技术研究重点实验室项目（2012E10001）；膜法海水淡化关键技术及装备产业化（20132111A01）作者简介：陈可可（1985－），女，工程师，从事膜材料研究；电子邮件：23635388@qq.com表1不同型号PVA对纳滤膜性能影响Tab.1TheeffectofPVAwithdifferenttypeonmembraneperformance编号截留率/%水通量/(L·m-2·h-1)1235272748811895第41卷第7期2015年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.41No.7Jul.,201554乙烯醇磷酸铵分散于聚乙烯醇交联的网络中，由于聚乙烯醇磷酸铵本身也具有大量的羟基，因此能与聚乙烯醇交联网络形成氢键较强的结合。再者，聚乙烯醇磷酸铵也可能与马来酸交联，与聚乙烯醇更加牢固的结合在一起。由于聚乙烯醇磷酸铵含有一定量的磷酸铵基团，因此它的加入大大增加了纳滤膜的水通量。当聚乙烯醇分子量较小，分子链就较短，在经过交联以后，所形成的纳滤膜就不如高分子量聚乙烯醇形成的纳滤膜致密。因此磷酸铵可能存在于较“疏松”的聚乙烯醇交联网络中，相对于“致密”的聚乙烯醇交联网络而言，它易于被水冲掉，因此，低分子量聚乙烯醇纳滤膜水通量较低。当聚乙烯醇分子量增加到一定程度，聚乙烯醇本身交联的致密度对水通量的贡献大于聚乙烯醇磷酸铵的贡献，水通量减少，截留率增加。因此，在接下来的实验过程中，都选择使用分子量为20万左右的聚乙烯醇来制备纳滤膜。2.2聚乙烯醇磷酸铵的添加量对膜性能的影响本文测定了在不同聚乙烯醇磷酸铵质量