CA_PSf共混超滤膜的制备及性能研究

第38卷第2期2018年4月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVol.38No.2Apr.2018CA/PSf共混超滤膜的制备及性能研究孙晓博1，章安康2，张宇峰1!$，贺文嘉2，王坚坚2，谢舒婷2(1.天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387;2.天津城建大学天津市水质科学与技术重点实验室，天津300384)摘要：以聚砜（PSf)为基膜材料，醋酸纤维素（CA)为共混膜材料，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，去离子水为凝固浴，采用非溶剂致相分离法（NIPS法）制备CA/PSf共混平板超滤膜.综合考察了共混膜有机物溶出量，铸膜液聚合物浓度和共混比以及不同凝固浴组成对膜结构、水通量、水接触角、孔隙率、蛋白质截留率的影响.结果表明：相对于传统的以聚乙烯吡略烷酮（PVP)作为添加剂的共混膜，使用CA作为添加剂，共混膜有机物溶出量大幅降低.随着CA含量的增加，共混膜孔隙率逐渐增大，亲水性增加.另外，随着凝胶浴中溶剂含量的增大，共混膜纯水通量不断降低，BSA截留率逐渐升高，膜形态结构变得更加致密.关键词：醋酸纤维素；共混；超滤；有机物溶出中图分类号：TQ028.3文献标志码：A文章编号：1007-8924(2018)02-0009-08doi：10.16159/j.cnki.issnl007-8924.2018.02.002用.由于其优异的物理化学性质，现在已经成为继醋酸纤维素之后，目前最重要、生产量最大的合成膜材料.以聚砜为主要原料的不对称膜产量最大的是超滤膜，也可用作复合膜的基膜&一4'.目前超滤膜的制备主要是使用水溶性添加剂作为相分离调节剂，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、分子量相对较低的聚乙二醇(PEG)等.使用水溶性添加剂的过滤膜，在制膜过程中经过水洗并不能完全清除相应的添加剂，进而导致过滤膜在使用过程中，仍会有水溶性添加剂溶出，进入到透过液中，在一定程度上污染水质，导致透过液中有机碳含量(TOC)升高，甚至达不到国家饮用水标准.而使用非水溶性的醋酸纤维素作为共混膜材料，在有效改善聚砜基膜亲水性的同时，能够有效避免有机物的溶出.本实验采用非水溶性且亲水性较好的大分子材料醋酸纤维素作为共混膜材料，与基体材料聚砜进行共混，考察了共混膜有机物的溶出量，共混比、聚合物含量以及凝固浴组成对共混膜纯水通量、水接基金项目：国家高技术研究发展规划(2012AA03A602);国家科技支撑计划(2014BAB06B01-02)第一作者简介：孙晓博(1994-)，男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要从事膜材料研究，E-mail:sunxia〇b〇1016@163.com.$通讯作者，E-mail:zyf9182@163.com醋酸纤维素(CelluloseacetateCA)是纤维素以H2SO4为催化剂（或者HC1O4、BF3等），与乙酸酐乙酸混合物(或乙酰氯)反应，通过乙酰化改性后制得的一种纤维素有机酯1，结构如图1所示.醋酸纤维素具有良好的成膜性，且价格便宜、原料易得，被广泛应用作超滤、微滤、反渗透膜的基体材料.RR=H或CH3图1醋酸纤维素化学结构Fig.1ThechemicalstructureofCA聚砜(Polysulfone，PSf)是一类耐温高的工程塑料，具有优异的耐酸碱性和抗蠕变性.其玻璃化温度为190°C，聚砜膜更是可以在80D条件下稳定使收稿日期：2017-10-28;修改稿收到日期：2018-02-0410膜科学与技术第38卷触角、牛血清蛋白的截留率以及膜形态结构的影响.1实验部分1.1试剂与原料聚砜，Solvay;醋酸纤维素（CA)，乙酰基质量分数39.8%，羟基质量分数3.5%，南京化学试剂股份有限公司;iV，JV-二甲基乙酰胺(DMAc)，天津科密欧化学试剂有限公司；聚乙烯吡咯烷酮K30(PVPK30)，天津科密欧化学试剂有限公司；牛血清蛋白(BSA)，Biofroxx;去离子水，自制.1.2实验仪器直流恒速电动数显搅拌器，DW-I-60,巩义市予华仪器有限责任公司；真空干燥箱，DZf-6050，巩义市予华仪器有限责任公司）紫外分光光度计，UV-2450,Hitachi;接触角测量仪，CM3250-DS3210KrussInstrument;场发射扫描电子显微镜，S4800Hitachi，GeminiSEM500.1.3共混膜有机物溶出量测试将烘干处理之后的PSf、CA和PVP，按照表1所示的聚合物浓度和质量比溶解于DMAc中配制铸膜液.静置脱泡后刮膜，在空气中蒸发10s后，以去离子水为凝固浴，待膜与玻璃板自动剥离，制得膜的厚度约200%m.将平板膜裁成8cmX8cm大小的正方形膜片，浸没于200mLp水中，1h后取水样，然后更换纯水继续浸泡，重复8次.通过测