纳米纤维素原位植入改性聚醚砜超滤膜的性能研究

采用原位植入法将纳米纤维素(CNW)沉积到聚醚砜(PES)超滤膜的表面,研究凝固浴中不同纳米纤维素的浓度对聚醚砜超滤膜性能的影响,分别用扫描电子显微镜、接触角测定仪等对改性膜性能进行评价。结果表明,CNW能够良好的植入聚醚砜超滤膜表面,改变沉淀浴浓度可以获得不同CNW覆盖率的聚醚砜膜表面,改性膜断面和表面形貌也获得不同程度的改善。改性膜的亲水性随CNW浓度的提高而不断增强,当CNW浓度为0.4%(质量分数)时,此时膜拥有最大的纯水通量333 L/(m~2·h),未改性的纯膜只有192 L/(m~2·h)。膜蛋白抗污染实验中通量恢复率的结果表明,改性膜的抗污染能力明显提高。本研究为利用先进纳米材料制备高性能纳米复合膜提供了新的思路和方法。     

凝固浴组分对双凝固浴法制备PVDF膜结构和性能的影响

在内外凝胶浴中添加不同含量的溶剂,采用双凝固浴法制备了PVDF/PVP/DMAc中空纤维膜.通过膜形貌扫描电镜( SEM)表征,纯水水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率测试实验,分析评价了凝固浴中溶剂含量对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响.结果表明,凝固浴中溶剂含量增大会导致皮层孔隙率增多,而对亚层结构的影响各不相同.膜的纯水渗透通量变化无明显规律性,但BSA截留率保持相对稳定.当内外凝固浴中溶剂体积分数分别为30％和70％时,膜内部大孔发育良好,亚层疏松多孔,水通量分别为270 L/(m2,h)和548 L/(m2·h),显示了良好的渗透性能.     

Al2O3含量对PVDF/PVC/Al2O3共混中空纤维膜的影响

以聚偏氯乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和纳米氧化铝(Al2O3)三元共混,制备中空纤维膜,探讨Al2O3含量对膜性能的影响。结果表明,由于适量Al2O3的加入,中空纤维膜膜孔结构明显改善,大孔减少,微孔增多;亲水性明显提高。Al2O3为最佳含量3%时,水通量和截留率分别达到了289L/(h·m2)和77.2%。     

相转化凝固浴对Al_2O_3中空纤维多孔载体微观结构的影响

采用相转化法制备出具有非对称结构的Al2O3中空纤维多孔载体,研究了不同浓度乙醇/水溶液为内、外凝固浴条件下中空纤维载体的微观结构和性能的变化。研究结果显示,采用水为内凝固浴,随着外凝固浴中乙醇含量的提高,所制备的载体内层指状孔逐渐向外延伸且孔道变大,其三点弯曲强度呈现先增大再减小的趋势,纯水通量及N2渗透性先减小再增大;内凝固浴对中空纤维多孔载体的结构也会产生一定的影响。以无水乙醇作为内凝固浴、水为外凝固浴所制备的Al2O3中空纤维载体,其内层为海绵层,外层为指状孔,其N2渗透性约为6.85×10-5 mol/(s·m2·Pa),纯水通量约为4.5 m3/(m2·h)。     

PVC/ PVA共混膜的制备及性能研究

采用相转化法制备了聚氯乙烯/聚乙烯醇(PVC/PVA)共混膜,讨论了聚乙烯醇与聚氯乙烯的共混相容性,以及聚乙烯醇含量对共混膜透过性能、亲水性能及机械性能的影响.实验结果表明,聚氯乙烯/聚乙烯醇共混体系为部分相容体系;当铸膜液中聚合物质量分数为12%、聚合物中聚乙烯醇质量分数为10%时,共混膜亲水性较好,水通量可由160.3 L/(m~2·h)增大到298.5 L/(m~2·h),对牛血清蛋白的截留率为82.5%,同时膜的弹性和韧性明显增强;聚乙烯醇可以有效地改善聚氯乙烯超滤膜的亲水性和机械性能,是优良的聚氯乙烯膜共混改性材料.     

PVP添加剂对聚醚酰亚胺超滤膜的影响

以聚醚酰亚胺为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮为添加剂,水为凝胶浴,采用浸入沉淀相转化法制备平板超滤膜.采用浊点滴定法,考察了聚乙烯吡咯烷酮添加剂对PEI/DMAc/H2O相图的影响,发现PVP的加入使溶液的均相区增大,发生相分离所需的水量减少,它的加入促进了溶液的相分离.随着铸膜液中PVP含量的增加,膜由指状结构逐渐转变为海绵状结构,膜对牛血清蛋白(BSA)的截留率从84.5%增大到99.1%,纯水通量从473 L/(m2·h)降到了134 L/(m2.h).     

热致相分离法制备亲水性聚丙烯中空纤维膜

通过热致相分离法(TIPS),利用亲水性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)来提高聚丙烯(iPP)中空纤维膜的亲水性,并获得了不同PMMA浓度下的改性膜.利用FTIR、XPS、SEM及接触角测量仪等方法表征了iPP膜的组成、结构以及亲水性等性能.结果表明:PMMA的添加提高了膜的亲水性、水通量;当PMMA的添加量为10%(质量分数)时,接触角从125°降到67°,平均孔径从0.17μm增加到0.30μm,水通量为1 256L/(m2·h),相比于纯膜提高了167%.     

共混改性聚丙烯分离膜的制备与性能研究

在热致相分离法膜制备过程中,采用亲水改性剂对聚丙烯(PP)分离膜进行共混亲水改性,研究了混合稀释剂组成、改性剂含量和制膜温度对膜结构和性能的影响。结果表明:混合稀释剂中豆油质量分数为80%时PP膜具有均匀贯通的膜孔,铸膜液中改性剂质量分数为5%时分离膜具有良好的亲水性和膜孔渗透性。优化芯液温度和纺丝温度,改性PP中空纤维膜的初始水通量可以达到1276L/(m~2·h)。     

热致相分离法-溶胶凝胶工艺制备丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物微孔膜

以投料摩尔比为80/20的可熔融丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物(80/20AN-MA)为基体,良溶剂碳酸乙烯酯(EC)和绿色环保的非溶剂三甘醇二乙酸酯(TEGDA)为复配稀释剂,正硅酸乙酯(TEOS)为添加剂,热致相分离法(TIPS)溶胶凝胶工艺制备含有纳米二氧化硅(SiO2)的AN-MA杂化微孔膜。研究了复配稀释剂的配比、共聚物浓度以及添加剂的加入量对微孔膜的结构、孔隙率、亲水性、渗透性和力学性能的影响。结果表明,TIPS法结合溶胶凝胶工艺成功制备了SiO2纳米粒子均匀分布的AN-MA微孔膜。当共聚物质量分数为9%,复配稀释剂中EC与TEGDA的质量比为6/4,TEOS质量分数为5%,凝固浴为25℃水浴时,微孔膜的纯水通量提高了50%,达到120.0L/(m2·h),断裂强度提高了17%,达到3.4 MPa,膜的亲水性也得到了一定提高。     

对PVDF超滤膜复合改性模型的建立及其试验研究

从分子设计理论出发提出了对PVDF超滤膜复合改性模型。该模型在纳米粒子疏水改性的基础上接枝亲水链,该亲水链促使复合粒子在凝胶成膜过程中大量离析富集在膜(孔)表面,增强膜的亲水性。在该模型指导下的试验研究表明:在截留率基本保持不变的情况下,1#膜水通量是114.2L/(m2·h),水接触角是62.1°,而2#膜水通量提高到193.5L/(m2·h),水接触角下降到43.5°;SEM观察2#膜较1#膜表面更致密,而膜断面指状孔减少,海绵层变厚;XPS表明2#膜较1#膜表面O/F值从0.08提高到0.20,除了C、O、F元素,还增加Ti元素,这解释了纳米粒子的表面离析富集现象;1#膜和2#膜压密性无显著差异。试验在一定程度上验证了该模型的正确性。     

TiO2溶胶杂化改性PPESK超滤膜的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,优化了溶胶制备条件。采用相转化法制备了一系列TiO2含量的PPESK/TiO2有机-无机杂化超滤膜,并通过SEM,水接触角和超滤实验考察了TiO2含量对膜结构和性能的影响.结果表明,冰乙酸、去离子水和NMP用量分别为2,2,20mL时,溶胶胶凝时间为42.5h,利于杂化膜的制备.TiO2溶胶的加入,抑制了亚层指状孔的发展,利于海绵状孔的生成.膜的孔隙率、亲水性和抗污染性得到了明显改善.当TiO2质量分数为0.4%时,膜的纯水通量由310L/(m2·h)提高到427L/(m2·h),清洗后,膜通量恢复率为95.2%.但加入过量的TiO2溶胶时,纳米粒子的团聚使得杂化膜的各项性能下降.PPESK/TiO2杂化膜更适于高温凝结水的回用处理,处理效率高.     

透醇Silicalite-2沸石膜制备及其疏水改性

Silicalite-2沸石膜以其特殊的直孔道结构和骨架中不含铝而具有强疏水性,成为潜在的优良透醇沸石膜材料.在大孔氧化铝载体上采用二次水热生长法,150℃晶化72 h制备出了Silicalite-2沸石膜,并在60℃下对质量分数5%乙醇/95%水溶液进行了渗透蒸发测试,通量和分离因子分别为7.61 kg/(m~2·h)和6.7.膜材料疏水改性是提高其醇水分离性能的有效途径.通过在制备的沸石膜表面负载一层二氧化硅颗粒以提高表面粗糙度并进一步利用三甲基氯硅烷进行修饰提高膜的疏水性.修饰后的沸石膜疏水性显著提高,水接触角为127.5°,在60℃下对质量分数5%乙醇/95%水溶液的渗透蒸发通量和分离因子达到3.67 kg/(m~2·h)和31.4.     

海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留

以尿素为致孔剂制备了海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜,测试了其通量、截留率和力学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观测其过滤硫酸钙前后的表面形貌。结果表明,增加尿素含量,均导致膜应力和应变的下降;而膜的纯水通量则迅速增大,尿素含量为3.0%(质量分数)时达到28.7 L/(m2·h),为最大;0.2 MPa下,过滤1.7 g/L硫酸钙时对Ca2+和SO2-4的截留率分别为83%和92%,稳定通量达到21.7 L/(m2·h)。     

PVDF/PAA-b-PMMA-b-PAA超滤膜的结构调控和性能评价

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)合成了以聚丙烯酸(PAA)为亲水链段和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段的两亲性三嵌段共聚物PAA-b-PMMA-b-PAA(PAMA),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(~1HNMR)对聚合物进行了化学结构表征.然后以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,PAMA为改性剂,利用非溶剂诱导相转化法制备了一系列PVDF/PAMA共混超滤膜.研究了PAMA含量对PVDF/PAMA膜的表面化学结构、微观形貌、亲水性、渗透性能以及抗污性能的影响.结果表明,当共混膜中PAMA含量增大时,PVDF/PAMA膜的表面孔密度、孔径和粗糙度均呈现不断增大的趋势.当共混膜中PAMA质量分数为18.2%时,纯水通量由未改性的PVDF膜的12.9 L/(m~2·h)增大至130.2 L/(m~2·h),BSA截留率为97.2%,通量恢复率高达97.5%.因此,PVDF/PAMA共混超滤膜的渗透性能和抗污性能有明显提高.     

基于RTIPS-NIPS法制备含辣素衍生结构防污超滤膜及其性能研究

采用原位聚合法,将含辣素衍生结构功能单体N-(2-羟基-3-甲基-6(甲硫基)苄基)丙烯酰胺(HMMBA)通过物理共混引入聚砜(PSf)铸膜液中,并通过反相热诱导相分离法与非溶剂诱导相分离法(RTIPS-NIPS)联用进行高通量防污超滤膜的制备.系统考察了HMMBA含量对膜的结构形态、亲水性、分离性能和抑菌性能等的影响.结果表明,当HMMBA添加量达到2%(质量分数)时,超滤膜的接触角由PSf膜的85°降低至62°;机械强度由29.46 N增加至31.71 N;以5 mg/L的腐殖酸为料液进行过滤实验时,改性超滤膜的稳定通量为420 L/(m~2·h),与未改性PSf膜[200 L/(m~2·h)]相比提高了110%;抑菌率达到了97%以上,且通量恢复率由67.59%提升至86.34%.因此,采用RTIPS-NIPS联用将HMMBA应用在超滤膜中既可以提高膜的亲水性、机械性能和分离性能,同时还能够有效抑制膜污染的产生.     

不同分子量聚丙烯腈共混膜的制备与表征

将普通分子量聚丙烯腈(C-PAN,Mw=18 000)与超高分子量聚丙烯腈(UHMW-PAN,Mw=1 780 000)共混,采用干-湿相转化法制备不对称共混膜.考察了聚合物浓度、共混比、凝胶浴温度、刮膜厚度、添加剂浓度等对膜结构及性能的影响.采用扫描电镜、纯水通量和BSA截留率等测试手段对所制备膜的结构及性能进行表征.结果表明:共混比及成膜过程对共混膜的结构及性能有重要影响.当铸膜液浓度为12%,C-PAN/UHMW-PAN共混比为2∶3,凝胶浴温度为40℃,刮膜厚度为100μm时,共混膜的纯水通量为580L/(m~2·h),BSA截留率为99.99%.随添加剂浓度增加,交联膜大孔结构减少,海绵状孔结构增加,导致其纯水通量降低,BSA截留率增加,膜的结构可以通过上述因素进行结构调控.     

逆向热致相分离法聚醚砜/磺化聚砜平板膜的制备及性能

采用逆向热致相分离(RTIPS)法制备亲水性聚醚砜(PES)/磺化聚砜(SPSF)平板膜。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、纯水通量、牛血清蛋白(BSA)截留率、水接触角和长期运行测试研究了SPSF含量和不同凝胶浴温度对PES/SPSF平板膜性能和结构的影响。结果表明,SPSF和PES可以成功混合。非溶剂致相分离(NIPS)法制备的PES/SPSF平板膜呈致密皮层和指状截面结构,而RTIPS法制备的PES/SPSF膜具有均匀多孔表面和海绵状结构。RTIPS法PES/SPSF膜的纯水通量和BSA截留率均高于NIPS法。静态水接触角随SPSF的增加而减小。RTIPS法PES/SPSF膜在2%SPSF时获得最佳渗透性能,其纯水通量和BSA截留率分别为967 L/(m~2·h)和79%。     

聚乙二醇添加剂对聚砜正渗透膜性能的影响

以不同比例聚乙二醇(PEG400)为添加剂,通过相转化法和界面聚合过程,成功制备了一系列以聚砜为支撑层的复合正渗透膜.对铸膜液的热力学和动力学分析表明,PEG400添加量越多,相转化速率越快,而相转化速率又影响了正渗透膜支撑层的形貌结构.在不同PEG400质量分数下,支撑层的接触角、孔隙率接近.RO测试结果发现,随着PEG400质量分数增加,复合正渗透膜纯水通量增大,当PEG400质量分数为8%时,正渗透膜的纯水渗透系数(A)值最大[16.2L/(m~2·h·MPa)],膜结构参数(S)值最小(516μm).在FO测试中发现,随着PEG400质量分数的增加,正渗透膜水通量(Jv)先增大后减小,在PEG400质量分数为8%时达到最大值,分别为12.5L/(m~2·h)(AL-FS模式,活性皮层面向料液)和23.8L/(m~2·h)(AL-DS模式,活性皮层面向驱动液).实验表明,8%的PEG400添加量可以最有效地降低支撑层的内浓差极化程度.     

PMIA和氯化锂含量对PMIA平板超滤膜结构与性能的影响

研究了聚合物聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)与LiCl的含量对PMIA平板超滤膜的结构和性能的影响,以DMAc为溶剂,氯化锂为致孔剂,制备了基于无纺布支撑的PMIA平板超滤膜,进行了聚合物PMIA及LiCl的含量对铸膜液黏度、膜的形貌结构、膜表面电势及分离性能的影响分析.结果表明,提高铸膜液中PMIA及LiCI的含量,铸膜液黏度均明显升高,膜断面海绵结构增多,孔隙率下降.制备的PMIA膜表面水接触角均低于70°,显示出良好的亲水性.超滤实验结果表明,PMIA与LiCl质量分数分别为14%及5%条件下制备的PMIA平板超滤膜,在0.1 MPa操作压力下,膜具有361.5 L/(m~2·h)的纯水通量及96.3%的BSA截留率.PMIA膜在100 mg/L BSA溶液超滤运行0.5 h后通量趋于稳定,初步研究表明PMIA膜具有良好的抗污染性能.     

氧化石墨烯量子点改性海藻酸钠复合杂化膜的制备

自制氧化石墨烯量子点(GOQDs)分散于海藻酸钠(SA)溶液中,涂覆在多孔尼龙膜支撑层上,制备GOQDs改性SA复合杂化膜.研究了GOQDs的加入对膜结构、形貌、表面亲水性、溶胀性和渗透汽化性能的影响.结果表明,复合杂化膜对异丙醇溶液具有明显的渗透汽化脱水作用,GOQDs质量分数为2%的膜性能最优,该膜对温度为50℃,水质量分数为10%的异丙醇溶液的渗透通量和分离因子分别为(1 130±51) g/(m~2·h)、2 241±73,分别是海藻酸钠膜的1.41倍和5.90倍,渗透汽化分离指数为2.53×10~6 g/(m~2·h),比海藻酸钠膜提高了8倍.操作温度的升高会提高膜的分离因子和通量,进料液浓度的增大会使膜的通量显著变大.过量的GOQDs不会对膜渗透汽化脱水产生显著的阻碍作用.