PVB/SPES共混膜的制备及磺化度对膜性能的影响

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膜分离技术具有能耗低,适合热敏性物质分离,分离系数大,易于回收,无二次污染等优点,具有广泛的应用前景。然而,膜易受到污染,从而增加反冲洗次数,缩短了膜的使用寿命。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜具有耐低温、光、湿度、微生物以及酸碱性腐蚀而且价格低廉等一系列优点。虽然PVB具有一定亲水性,但亲水性不是很强,而且成膜性能差,通量低,限制了PVB膜的发展。因此提高PVB膜的亲水性和通量是一亟待解决的问题。磺化聚醚砜(SPES)是利用磺化反应在聚醚砜(PES)侧链上引入磺酸基制得,其不但保留了PES原有的优良特性,而且也提高了PES膜亲水性和通量。本课题的目的是利用PVB与SPES共混,制备具有两种聚合物优良性能的新型膜。围绕PVB/SPES共混体系,本课题展开了如下几方面的研究:1.对不同共混比和不同磺化度(将磺化度为0.09,0.15以及0.27的SPES,分别记作SPES-1, SPES-2, SPES-3)条件下的PVB/SPES共混体系进行相容性研究。本课题采用溶解度参数理论预测相容性、剪切粘度法、傅里叶变换红外衰减全反射(FTIR-ATR)和差示扫描量热(DSC)法对PVB/SPES共混体系进行相容性研究。实验结果表明PVB/SPES为部分相容共混体系,且在所讨论的磺化度范围内,SPES磺化度的增大,能促进共混体系相容性。2.利用溶剂-非溶剂扩散诱导相分离法制备不同共混比(10:0到0:10)的PVB/SPES-3共混膜。通过扫描电镜(SEM)观察共混膜表面和断面微观结构,观察不同共混比条件下的膜的微观结构情况,实验结果表明相容性好的共混膜断面结构有规则的指状孔结构而且较厚皮层,但相容性不好的共混膜断面结构很乱,无规则。不同共混比时PVB/SPES-3共混膜的水通量和截留率也发生规律性变化,且当共混比为9:1到7:3时,膜的水通量和截留率均高于纯PVB膜。通过对不同共混比时PVB/SPES-3膜亲水性的研究表明,PVB/SPES-3共混后,膜的亲水性增加。研究不同共混比时PVB/SPES-3共混膜机械性能的变化情况,可以看出,随着SPES-3的不断增加,膜的拉伸强度和伸长率有相同的变化趋势,共混比为9:1和8:2时,共混膜的机械性能要优于纯PVB膜,这和膜的微观结构及其部分相容的特点有关,当共混比为7:3时,机械性能与纯PVB膜相比,变化不大。研究PVB/PES和不同磺化度时PVB/SPES共混膜(共混比从9:1到7:3)的耐污染性,利用水通量恢复率(FRR),总污染率(Rt),可逆污染率(Rr)和不可逆污染率(Rir)对共混膜的耐污染性能进行定性分析。实验结果表明共混比为7:3的PVB/SPES共混膜的耐污染性能最好。综合共混膜的各性能考虑,最佳共混比为7:3。3.探讨了磺化度对PVB/SPES共混膜性能的影响。通过SEM图观察共混比为8:2时磺化度对PVB/SPES共混膜微观结构影响,实验结果表明,SPES磺化度分别为0.09,0.15和0.27时,相同制膜条件下,磺化度越高,膜表面微孔越多,孔径越大。研究磺化度对PVB/SPES膜的水通量和截留率变化情况,结果表明,PVB/SPES共混膜水通量和截留率变化趋势相同,且共混比相同时,磺化度越高水通量越大,截留率越小,这与膜的表面和断面微观结构有关。研究磺化度对PVB/SPES共混膜亲水性影响时发现,因亲水性基团磺酸基的存在,磺化度越大PVB/SPES共混膜表面的亲水性越强。综合考虑磺化度对PVB/SPES共混膜性能的影响,在所探讨的磺化度范围内,磺化度越大,共混膜综合性能越好。
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