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亲和膜分离法是近年来将亲和色谱与膜分离技术结合起来的一种新型的分离方法。其应用具有与膜分离类似的操作设备和清洗手段,操作过程又类似于亲和色谱,并且流体的传质效率优于亲和色谱,因此有利于亲和过程的放大。本文针对脱硼问题,以聚砜为基膜,制备了一种新型螯合性亲和膜,率先用螯合性亲和膜的方法脱除水中的硼元素。
首先,制备糖单体甲基丙烯酸-2-葡萄糖酰胺乙酯(GAMA)和氯甲基化聚砜(CMPSF),并采用相转化法制备CMPSF膜。核磁共振(1H NMR)显示CMPSF和GAMA均制备成功,且纯度很高。然后用原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备亲和分离膜CMPSF-g-PGAMA。膜表面接枝率随反应时间的延长而增大,最大达到6.0 mg/cm2。
其次,利用多种膜表征手段对CMPSF原膜及改性亲和膜进行了全面表征,判断亲和膜是否制备成功,考察了接枝条件对膜结构和物理化学性质的影响。ATR-FTIR、XPS及FESEM结果表明,通过表面引发的ATRP,糖聚合物PGAMA被成功接枝到聚砜膜表面。改性对内部孔径没有影响。随着接枝率的提高,膜表面逐渐变粗糙,但当接枝率增大到4.5 mg/cm2时,膜表面重新变平滑。
最后,选择合适的亲和膜考察了亲和膜对硼酸吸附性能的影响因素,并对硼酸的动态吸附情况进行了研究。结果显示,亲和膜对硼酸的吸附量与接枝率成正比。pH值的适用范围为6-9。当硼初始浓度达到300 mg/L时,吸附效率达到最大值。亲和膜在合适的条件下,2 h可达到最大吸附量,其值约为2 mmol/g,明显高于以前报道的亲和膜和大部分商业树脂。离子强度的考察结果表明,络合方式为内球表面络合。吸附结果用Freundlich和Langmuir等温吸附曲线进行拟合,结果显示,Langmuir模型对实验结果能更好地进行描述。吸附动力学的研究结果表明,吸附结果更符合二级动力学。另外,用4 mol/L的HCl解离吸附硼酸的亲和膜后,再次用于硼酸的吸附,结果表明,亲和膜具有良好的循环利用性能,硼酸吸附恢复率达98%。