壳聚糖季铵盐改性聚砜超滤膜的研究

聚砜超滤膜自问世后发展极快，在各种工业生产中水质溶液的净化领域得到广泛的应用。浸入沉淀相转化法制备的聚砜超滤膜，同时具有机械强度高、抗压密性、耐酸碱性、pH适用范围广、化学稳定性强和热稳定性等优点，但聚砜材料本身亲水性较差，在过滤过程中容易在膜表面由有机物沉积等造成膜污染。所以，增加膜表面亲水性是目前聚砜膜制备研究中的一个重要方面，有效的改进途径之一就是膜材料的共混，通过将高亲水性材料与聚砜共混制备超滤膜[1-5]，在膜表面引入荷电基团，提高膜的亲水性、耐污染性和选择性，制备成新型的荷电超滤膜。壳聚糖季铵盐（CQAS）是壳聚糖分子链上糖残基上的游离氨基被季铵化后的产物[6]，通过对壳聚糖进行季铵化，可以改善壳聚糖水溶性，同时其抑菌性能优于壳聚糖，席夫碱壳聚糖和N-取代壳聚糖[7-8]。本文将聚砜溶液与季铵化壳聚糖溶液共混成均一铸膜液，采用浸没相转化法在非溶剂中成膜，膜片经热处理后放入去离子水保存。制备过程中通过调节季铵化壳聚糖的含量、聚砜的浓度对膜的孔结构和亲水性进行控制，从而优化膜的分离性能。所制备的季铵化壳聚糖改性聚砜超滤膜具有较高的截留率和水通量，同时由于共混组分中季铵盐基团的存在，相转化成膜后克服了PSF膜材料亲水性的不足。1实验部分1.1试剂和仪器试剂：壳聚糖季铵盐（CQAS）；戊二醛（分析纯）；无水氯化锌（ZnCl2，分析纯）；二甲基亚砜（DMSO，分析纯）；聚砜（PSF，P3500）；N,N-二甲基乙酰胺（DMAc，分析纯）；牛血清白蛋白（BSA，相对分子质量67k，组份V，分子生物学级）；磷酸盐缓冲溶液（PBS，pH7.4，自制）。仪器：PMⅡ型膜性能评价仪（自制）；紫外可见分光光度计（752N）；日立扫描电子显微镜SU9000（SEM）；DCA322型动态接触角测定仪。1.2改性超滤膜的制备首先将PSF与ZnCl2共同投放于DMAc中，搅拌溶解成均一溶液；将CQAS与少量戊二醛投放入二甲基亚砜中搅拌溶解成另一均一溶液，采用溶液共混法，将2种溶液混合，真空脱泡5h后静置1h，然后将此溶液涂覆于聚酯无纺布上，用刮刀将液膜刮成均一厚度后，浸没入25℃蒸馏水凝胶浴中发生相转化成膜，膜片放置真空干燥箱中60℃加热0.5h壳聚糖季铵盐改性聚砜超滤膜的研究翟丁，陈可可，李洪懿，潘巧明，周勇，高从堦（杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：将聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液与壳聚糖季铵盐的二甲基亚砜溶液共混，其中二甲基亚砜中预先加入适量戊二醛，N,N-二甲基乙酰胺中加入无水氯化锌，以聚酯类无纺布作为支撑层，采用浸没沉淀相转化制备了壳聚糖季铵盐/聚砜共混改性超滤膜并经热处理，通过粘度测试对比了共混溶液与纯聚砜溶液的粘度，通过测试水通量、牛血清蛋白脱除率研究了膜片的分离性能，通过接触角实验和耐污染实验表征了膜的表面亲水性变化和膜片耐污染性，通过扫描电镜观察膜的结构。研究结果表明，共混溶液粘度相比聚砜溶液得到了提高，壳聚糖季铵盐的引入提高了超滤膜的亲水性和耐污染性，相比未共混聚砜膜，季铵化壳聚糖共混改性聚砜膜膜片在膜性能上得到了显著的提高，最优化条件所制得膜片水通量测试结果为70L/(m2·h)，对牛血清蛋白的截留率为99.5%。关键词：季铵化壳聚糖；聚砜；共混；亲水性中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2015)03-0019-004收稿日期：2014-10-16基金项目：国家高技术研究发展863计划“高通量纳滤膜材料的规模化制备技术”（2012AA03A608）；浙江省重点实验室建设（2012E100010）；杭州市创新产业链重大科技创新专项（20132111A01）；工信部项目作者简介：翟丁（1982－），男，工程师，研究方向为膜材料；电子邮件：zhaiding1982@163.com第41卷第3期2015年3月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.41No.3Mar.,201519后取出放入蒸馏水中保存。1.3膜性能测试纯水通量：实验所用牛血清白蛋白质量浓度为1.0g/L，采用PMⅡ型膜性能评价仪，0.2MPa预压30min，在0.1MPa测量的一定时间内，收集通过膜面的液体体积，用量筒测量。根据公式（1）计算膜的渗透液通量J：J=V/A·t。（1）式中，J为渗透液通量；V为渗透液体积；A为有效膜面积；t为测量时间。截留率Re：对牛血清白蛋白的截留率采用紫外分光光度法测定，原液与渗透液分别在280nm紫外光区测定紫外吸光度，计算截留率的方法为配置不同浓度料液，经测试后得到吸光度-浓度标准曲线，之后根据样品测定紫外吸光度对应标准曲线读数得到截留率。耐污染性：膜片表面的污染主要是由于溶液中不溶小颗粒、悬浮胶质、溶质等在膜面和膜孔中的沉积和吸附所引起