聚偏氟乙烯-g-聚乙二醇共混超滤膜的制备及抗蛋白质污染性能

第35卷第10期高分子材料科学与工程Vol.35,No.102019年10月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGOct.2019聚偏氟乙烯弋■聚乙二醇共混超滤膜的制备及抗蛋白质污染性能孟晓荣，陈嘉智1,宋锦峰1,吕永涛踣，王旭东2(1.西安建筑科技大学化学与化工学院，陕西西安710055;2.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055;3,陕西省膜分离研究院，陕西西安710055)摘要：在臭氧洁■化下通过自由基引发的聚合反应，合成聚乙二醇(PEG)接枝聚偏氟乙烯(PVDF)共聚物(PVDF-g-PEG),并与PVDF共混制备了超滤膜,探讨了PEG链长和相对含量对超滤膜相分离进程、理化性质及抗蛋白质污染性能的鬱响规律。研究结果表明，PEG链长增加，接枝率明显下降。随PVDF-g-PEG在共混膜中添加量增大，相转化延迟分相趋势加大，共混膜的孔隙率和亲水性及纯水通量显著提升。当膜内PVDF-g-PEG400含量大于20%后，共混膜对牛血清蛋白(BSA)的截留率仍能保持在94%以上，但BSA的静态吸附量低于20Mg/cm20PVDF-g-PEG能显著降低超滤膜对BSA过滤过程中的不可逆污染指数和堵孔阻力系数，延缓BSA过滤通量衰减速率，表现出优异的抗蛋白质汾染性能。PEG链长对膜面粗糙度澎响较大，对超滤膜抗蛋白质污染的贡献更加突出。关键词：聚偏氟乙烯超滤膜;聚偏氟乙烯接枝聚乙二醇;相转化;共混改性;抗蛋白质污染中图分类号:TQ325.4文献标识码：A文章编号：1000-7555(2019)10-0161-08蛋白质类物质通过与疏水性膜材料界面间强烈的分子间作用行为，与材料表面相互吸引，极易从水溶液中吸附到膜表面而引起膜污染过滤初期，膜界面-污染物间的相互作用与膜表面理化性质、结构参数及微观形貌有密切关系⑵。膜界面化学改性可有效降低或抑制蛋白质在膜界面的吸附行为。研究证实，线型非离子型聚合物聚乙二醇(PEG)或聚氧乙烯(PEO)等，在水相中能迅速形成水化聚合物链而产生较大的排除体积，当蛋白质分子接触PEG表面并发生黏附时,PEG链被压缩而分子构象伸展受限制，自由能升高，因而能够有效抑制蛋白质污染⑶。Liu等⑷以聚氯乙烯(PVC)为膜主材，以PluronicF127为添加剂，制备了低成本抗污染改性超滤膜，即使在较低的添加量下，改性膜也具有较显著的抗有机物污染能力。与表面涂覆、接枝法等膜后改性方法相比，膜材料的本体改性与聚合物共混，能简化膜改性操作工艺，并能同时覆盖膜内外界面，因而改性效果稳定，重现性高。Abed等囚采用原子转移自由基聚合技术合成了PVDF-g-PEOM并用于聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜共混改性，证实了亲水性链段在膜表面的富集而有效改善了PVDF膜的亲水性，膜抗污染能力显著提高。PEG、PEO等两性聚合物链段的数目和长度，对膜界面抗污染性能有较大的影响⑹。本文以不同链长的PEG为接枝单体,通过臭氧活化自由基聚合反应合成PVDF-g-PEG,制备了PVDF-g-PEG/PVDF共混超滤膜。考察了PVDF-g-PEG的添加量及PEG链长对膜界面理化性质的影响规律，探讨了膜界面PEG的富集行为与膜抗蛋白质污染性能间的内在关系；为两亲性共聚物在超滤膜共混改性及抗蛋白质污染中的应用研究提供参考依据。1实验部分1.1材料与试剂doi：10.16865/j.cnki.1000-7555.2019.0281收稿日期：2018-09-19基金项目：陕西省科技统筹创新工程项目(2017ZDCXL-GY-07-03)；西安市科技创新引导项目(2O18O533YD11CG17(4))；陕西省水务集团水务科技项目(2018SWAG0202)；陕西省科技创新团队(2O17KCT-19-O1)通讯联系人：孟晓荣，主要从事聚合物材料改性及膜分离研究，E-mail：mxr5@163.com162高分子材料科学与工程2019年聚偏氟乙烯（PVDF）:比利时苏威Solef6020；聚乙二醇（PEG）：工业纯，天津科密欧化学试剂有限公司；牛血清蛋白（BSA）：Mr=67000,医药级，国药集团化学试剂有限公司；其他试剂均为国产分析纯。1.2PVDF-g-PEG的合成与表征在25°C,向80g/L的PVDF的NMP溶液中通入臭氧（O3/O2,WH-H-Y型臭氧发生器，南京沃环科技实业有限公司，气流流速300L/h,臭氧浓度0.06g/L,处理时间12min）。取50mLPVDF溶液和10.0gPEG加入250mL带有冷凝管的三口烧瓶中，再加入0.5gBPO,搅拌下通入氮气排气30min0氮气保护下80°C加热回流反应5ho混合物用过量的无水乙醇沉淀，去离子水多次洗涤，过滤后产物真空干燥。合成原理见Fig.l0P