密度梯度结构的聚砜超滤膜的制备研究

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本文以聚砜(PSF)为膜材料,以二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)和N—甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,以小分子醇(乙醇、乙二醇和丙三醇)和酸(甲酸、乙酸和丙酸)为添加剂,纯水为凝胶浴,通过浸入沉淀-相转化法制备了不同制膜液组成的超滤膜。用扫描电镜观察了膜的表面形貌和截面结构,用超滤膜评价装置测定了膜的纯水通量和对溶菌酶的截留率。用浊点滴定仪和落球粘度计测定了不同溶剂和添加剂含量时的浊点(Cp)、零切粘度(η0)和流动活化能(ΔE)。考察了制膜液性质对膜结构和膜性能的影响,通过调控制膜液的组成,获得了具有密度梯度结构的超滤膜,并对相转化成膜机理进行了分析。 研究发现,PSF在三种溶剂中特性粘数大小顺序为NMP>DMAc>DMF,与PSF在三种溶剂中耐非溶剂水的能力顺序相同。在相同聚合物浓度下,η0的大小的顺序为NMP>DMF>DMAc,ΔE大小的顺序为DMF>DMAc>NMP。以DMF为溶剂制备的膜截面为具有密度梯度的网络状孔,而以DMAc和NMP为溶剂得到的膜为指状孔。三种溶剂所制得超滤膜对溶菌酶的截留率的大小顺序为DMF<DMAc<NMP,而纯水通量大小顺序则相反。 以乙醇为添加剂时,随着乙醇用量的增加,Cp和η0降低,ΔE先降低后升高。以乙二醇和甘油为添加剂时,随着添加剂用量的增加,Cp降低,η0和ΔE升高。醇分子中含有羟基个数越多,其致浊能力越强。三种醇对膜结构和膜性能的影响存在共同的规律,即:随着醇加入量的增加,膜表面的可见孔增多,孔径变大;截面指状孔的数量减少,孔尺寸增大;膜的通量逐渐增大,截留率降低。进一步增加添加剂的用量,截面结构从指状转变为海绵状。 以酸类为添加剂时,随着酸加入量的增加,Cp降低,η0和ΔE零切粘度上升(2%丙酸体系除外)。随着分子中碳链的增长,酸的致浊能力减弱。三种酸对膜结构和膜性能的影响存在共同的规律,即:随着酸加入量的增加,膜表面的可见孔增多,孔径变大;截面指状孔的数量减少,孔尺寸增大;膜的通量逐渐增大,截留率降低。当酸达到合适的量时膜截面都形成具有密度梯度的海绵状结构。
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