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1、SPESPSF共混超滤膜的性能与改性研究20SPES/PSF共混超滤膜的性能与改性研究SPES/PSF共混超滤膜的性能与改性研究谭翎燕刘金盾张浩勤(郑州大学化工学院)摘要以磺化聚醚砜(SPES)与聚砜(PSF)为制膜材料,制备了SPES/PSF共混超滤膜,研究了料液浓度,操作压强,紫外改性,热处理等对SPES/PSF共混超滤膜性能及膜污染度的影响.关键词过滤磺化聚醚砜聚砜共混超滤膜改性超滤膜改性一般有两类方法:一是对制膜前的基体改性;二是在成膜之后,再对膜进行改性,即表面改性.共混制膜属于前者,它可调节亲水性,改善膜的抗污染性,提高膜的化学稳定性,改善膜的耐热性,改善膜的耐微生物分解性能,是制
2、备高性能超滤膜的有效方法之一.聚砜类聚合物如PSF,PES等是常用膜材料,虽有优秀的化学稳定性,耐热性与机械谭翎燕,女,1970年1O月生,硕士,讲师郑州市,450002.强度,但它们的亲水性太差,影响其应用范围和使用寿命.通过共混化向其中引入亲水性物质,是改善聚砜类膜材料亲水性的有效方法.施柳青,谢德峰等研究了磺化聚醚砜(SPES)/聚醚砜(PES)合金超滤膜.吴开芬,李书申等研究了聚醚砜/磺化聚砜共混膜.陈桂娥,魏永明等采用干湿法制备了PSF/SPES共混中空纤维超滤膜.俞三传,高从图5改造后料斗四周风道布置斗的四周保持侧向下抽风.将抽风道改在料斗的四周,风道宽度200mm,这样既不影响加
3、料操作,又能保持风道风速.在四个加料斗的引风道到总风道之间加设风阀,以方便使用控制.2,4改造效果经过改造后的环向半封闭下抽风除尘系统投入运行后,现场粉尘量显着降低,除尘效果良好,基本没有扬尘产生.3结束语我公司对尼龙盐装置除尘系统进行环向半封闭下抽风除尘技术的改造探索,成功地解决了干己二酸加料时的粉尘污染问题.既改善了工作环境又消除了安全隐患,同时也为同类系统的设计和改造探索出一套成功的解决方案,具有良好的实用参考价值.f收稿日期:2007-01-05j化工装备技术第28卷第2期2007年21楷研制了聚醚砜,聚砜和磺化聚砜共混所形成的多元合金超滤膜.结果表明,PSF类膜材料的共混化有利于调节
4、膜结构并改善其亲水性与抗污染性,方法简便,经济,有着广阔的发展前景.但文献中尚未有关于磺化聚醚砜(SPES)/聚砜(PSF)共混制膜的报道.紫外光辐射改性是常用的表面改性方法之一.许多研究者对PSF类膜材料的紫外辐射改性进行了研究J.研究发现,通过紫外改性,可使膜的通量增加,污染减少.但文献中也尚未有对SPES/PSF共混膜进行紫外改性的报道.本文将磺化聚醚砜(SPES)和聚砜(PSF)共混,用LS相转化法制备SPES/PSF共混超滤膜,并对其进行了热处理,紫外改性等研究1试验部分1.1实验材料及仪器磺化聚醚砜(SPES),磺化度7%,自制;聚砜(PSF),上海曙光化工厂;N一甲基一2一吡咯烷
5、酮(NMP),广东西陇化工厂;磷酸三乙酯(TEP),天津科密欧试剂厂;磷酸,开封化学试剂厂;聚乙烯醇(PVA88000),湘中地质研究所.动态膜性能测试仪,有效膜面积:0.004183m,自制;722S型分光光度计,上海精密科学仪器有限公司.1,2SPES/PSF共混超滤膜的制备以磺化聚醚砜(SPES)和聚砜(PSF)为膜材料,N一甲基一2一毗咯烷酮(NMP)为溶剂,磷酸三乙酯(TEP)和磷酸为添加剂,用LS相转化法制备超滤膜.1.3膜性能及膜污染度的测定(1)水通量:测试前先在0.2MPa的压力下将膜预压30min,然后在0.1MPa压力下测量膜的透水量,按下式计算水通量:J=V(1)式中t
6、,水通量,L/(mh);透水体积,L;有效膜面积,m;时间,h.(2)截留率:以250mg/L聚乙烯醇PVA作为截留物质,在0.2MPa的条件下测定过滤前后PVA浓度,PVA浓度用722S分光光度计测试吸光度来确定,按下式计算截留率尺:尺=警.%式中C.原料液浓度,mol/s;Cj透过液浓度,mol/s.(3)膜污染度:在0.1MPa下分别测定SPES/PSF膜截留PVA前后的水通量,按下式计算膜污染度FR:职:100%(3)t,v0式中膜使用前的水通量,L/(m?h);t,膜使用后的水通量,L/(m?h).1.4膜的热处理在60C下将SPES/PSF共混超滤膜浸人一定浓度的甘油介质中处理20
7、min,然后测定膜性能(水通量和截留率)及污染度.1.5膜的紫外改性将SPES/PSF超滤膜浸人一定浓度的改性液(乙醇)中,膜的截留控制面朝上,用波长253.7nm的20W紫光灯辐射10min,再用去离子水漂洗净改性液,然后测定膜性能(水通量和截留率)及污染度.2结果与讨论2.1料液浓度对膜性能的影响在0.2MPa,不同PVA原料液浓度250,350,500mg/L下操作,测定膜性能,如图1所示.由图】可见,随着料液浓度的升高,膜的水通量和截留率都下降.这是由于料液浓度的提高将使膜界面处物料浓度提高,浓差极化的影响增大,引起水通量下降,截留率也降低.22SPES/PSF共混超滤膜的性能与改性研
8、究图1PVA原料液浓度与膜性能关系2.2操作压力对膜性能的影响在不同操作压力0.1,0.2,0.3MPa下,截留250mg/LPVA原料液,测定膜性能,如图2所示.图2操作压力与膜性能关系由图2可以看出,随着操作压力的升高,膜的水通量和截留率都增大.这是因为当操作压力升高,水通量基本上线性增加,使透过液中PVA浓度降低,而原料液的浓度不变,故截留率也增大.2.3紫外改性2.3.1紫外改性对膜性能的影响将SPES/PSF共混超滤膜分别浸入50ml/L,250ml/L,450ml/L的改性液(乙醇溶液)中进行紫外改性,用水漂净后测定膜性能,结果如表1所示.由表1可知,有紫外改性与无紫外改性相比,水
9、通量和截留率均上升.在紫外光的辐照表1紫外改性与膜性能关系注:表中一表不没有进行紫外改性.下,聚合物的分子键可能断裂,生成羰基,苯磺酸基等亲水性基团,使得水通量增大.且分子链的断裂也使得膜的孔径发生变化,截留率增大.在紫外改性时,膜性能的变化还与介质浓度有关.随着乙醇介质浓度的增加,膜的水通量和截留率都明显增大.这是由于乙醇对膜有溶胀作用,乙醇浓度越高,溶胀作用越强,加上分子链断裂产生的亲水基团,使得水通量进一步增大.可能由于孔隙率的变化,截留率也增大.2.3.2紫外改性对膜污染度的影响分别测定未紫外改性的SPES/PSF超滤膜的污染度以及在不同浓度的乙醇溶液中改性的膜的污染度,结果如表2所示
10、.表2紫外改性与膜污染度关系注:表中一表不没有进行綮外改性.由表2可知,有紫外改性与无紫外改性相比,膜污染度明显下降.这是由于物料中的微粒多为疏水性物质,当未紫外改性时,它们易与疏水性的聚砜膜材料发生吸附作用,滞留于膜相中而造成膜污染.而紫外辐射使聚合物分子链断裂,产生亲水基团,提高膜表面的亲水性并使膜表面与水形成氢键,令水处于有序结构.当疏水性的物质接近膜表面时,必须破坏有序水,这需要能量,不易进行,因此膜的抗污染性可大大提高.在都进行紫外改性的条件下.污染度与改性液浓度关系不大.随着改性液乙醇浓度的增加,膜的污染度略有下降.因此.可通过紫外改性降低膜污染.化工装备技术第28卷第2期2007
11、年232.4热处理2.4.1热处理对膜性能的影响将SPES/PSF超滤膜分别浸入60%热水及60%不同浓度的甘油溶液中进行热处理,然后测定膜性能,结果如表3所示.表3热处理与膜性能关系注:表中一表不没有进行热处理由表3可知,在60下进行热处理与无热处理相比,膜的水通量迅速上升,而截留率也急剧下降.这是由于热水的浸泡使得孔径增大的缘故.在同样60热处理下,膜性能的变化与介质浓度有关.随着介质甘油浓度的增加,水通量下降,截留率基本不变.可能是由于甘油浓度越大,甘油分子在膜表面吸附越多,孔径减少,致使水通量有所下降.2.4.2热处理对膜污染度的影响分别测定在60%热水及60%不同浓度的甘油溶液中进行
12、了热处理的SPES/PSF超滤膜的污染度,结果如表4所示.表4热处理与膜污染度关系膜污染度甘油浓度/%31684.1412.O733.85注:表中一表示没有进行热处理.由表4可以看出,在60下进行热处理与无热处理相比,膜的污染度急剧下降.因为热处理相当于用热水对膜进行了清洗.在同样60热处理下,热处理的影响与介质浓度有关.随着介质甘油浓度的增加,污染度上升.这是由于甘油浓度的增大,反而增加了膜面的吸附污染.可见用热水浸泡膜,可显着减少膜污染3结论(1)随着料液浓度的升高,膜的水通量和截留率都下降.(2)随着操作压力的升高,膜的水通量和截留率都增大.(3)有紫外改性与无紫外改性相比,水通量和截留
13、率均上升,膜污染度明显下降.(4)在紫外改性时,随着乙醇介质浓度的增加,膜的水通量和截留率都明显增大,膜污染度略有下降.(5)有热处理与无热处理相比,水通量迅速上升,截留率和膜污染度都急剧下降.(6)在热处理下,随着介质甘油浓度的增加,水通量下降,截留率基本不变,而污染度匕升.参考文献1施柳青,谢德峰,刘光全,陆晓蝰.磺化聚醚砜(SPES)/聚醚砜(PES)合金超滤膜的研究J.净水技术,2000,19(4):1719.2吴开芬,李书申,韩式荆,等.聚醚砜一磺化聚砜共混膜的研究J.环境化学,1995,12(6):458462,3陈桂娥,魏永明,许振良,房鼎业.PSFSPES共混中空纤维超滤膜制备
14、的研究J.功能高分子学,2002,18(5).4俞三传,高从楷.多元合金超滤膜研制J.膜科学与技术,2001.21(2):1013.5俞三传,高从楷.聚砜一聚醚砜共混膜相容性及凝胶特性研究J.膜科学与技术,1999,19(5):2326.6杨勇,孙斌,邹健,孙本蕙.聚砜类合金分离膜研究进展J.高分子材料科学与工程,2000,16(3):2428.7罗川南,杨勇.聚砜/聚醚砜相容性对合金膜结构和性能的影响Jj.化学研究,2002,13(4):3033,8:罗川南,三忠祥,杨勇.添加剂对PSF/PES合金膜结构和性能的影响J.石化技术与应用,2004,22(3):】76一】79.9:罗川南,杨勇.添加剂对聚酞侧基聚砜合金膜结构和性能的影响J化工新型材料,2004,32(2):3234.1O:陆晓峰,刘光全,刘忠英,王彬芳.紫外辐射改性聚砜超滤膜J.膜科学与技术,1998,18(5):5O一54.1:昌少丽,王红军,徐又一.聚醚砜超滤膜的亲水化改性研究进展J.膜科学与技术,2005,25(3):8O一84.(牧稿日期:200612439)
