聚砜分离膜的亲水改性研究进展EI北大核心CSCD

膜分离技术是一种高效的分离技术,是多学科交叉的产物。聚砜(PSf)是一种性能优异的膜材料,广泛应用于生活和生产的各个领域。文中介绍了2种主要的制备PSf膜的方法——非溶剂致相分离(NIPS)法和复合热致相分离(cTIPS)法,比较了2种方法的利弊。并介绍了几种常见的聚砜膜亲水改性方法,包括共混改性、无机材料填充改性、表面涂覆改性、表面接枝改性以及PSf的本体改性,且对这几种方法进行了总结。     

低临界共溶温度PSf-DMAc-PEG体系微孔膜及其性能表征

讨论了聚砜(PSf)-N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)-聚乙二醇(PEG200、PEG400和PEG600)低临界共溶温度(LCST)体系;通过理论和实验验证了其LCST体系的存在,利用LCST的热致相分离(LCST-TIPS或Reverse thermally induced phase separation,简称RTIPS)法制备了PSf微孔膜,讨论了凝胶浴温度、制膜方法、铸膜液组成对PSf微孔膜的结构及性能影响.通过RTIPS机理所成膜综合力学性能优于非溶剂致相分离(NIPS)法所制备的膜,当PEG400:DMAc质量比为1.1:1,成膜水浴温度60℃时,膜渗透性能和机械性能较好,其膜通量670 L/(m~2·h·bar)(1 bar=0.1 MPa),平均孔径0.060μm,断裂强度5.62MPa.     

聚砜膜的低温等离子体改性及其在膜式氧合器的应用

采用低温等离子体技术对用于膜式氧合器的聚砜(PSf)膜进行表面改性,通过接枝聚乙二醇(PEG)和肝素以改善其血液相容性.系统研究了接枝的PEG分子量及不同等离子体处理条件对改性效果的影响.研究结果表明,当PEG分子量为6 000,等离子预处理功率为150W,预处理时间为2min,处理气体为氩气(Ar)时,改性效果最佳,接触角明显降低,蛋白吸附显著减少.膜的汽液双侧传输性质测试结果表明,改性后的PSf膜保留了初始膜的气体传输性能,基本达到了医用人工肺材料的标准.     

PDA与PEI共沉积和分步沉积方法对纳滤膜性能的影响

采用聚多巴胺(PDA)与聚乙烯亚胺(PEI)共沉积和分步沉积两种方法对聚砜(PSf)基膜进行改性,对比两种方法改性后纳滤膜性能的差异.对改性前后膜的接触角、通量、截留率及稳定性进行了测试,并通过SEM、AFM、ATR-FTIR、XPS等方法对改性前后膜表面形貌结构、官能团种类、元素组成等进行表征.结果表明,改性时间为8 h时,PDA与PEI分步沉积改性后的膜接触角为49.85°,小于共沉积的68.55°;对MgSO_4的截留率为95.2%,高于共沉积改性后的83.0%,但分步沉积对膜通量的影响更大.连续7 d的过滤实验表明两种方法改性后的纳滤膜的盐渗透通量和截留率具有长期稳定性.Zeta电位显示两种沉积方法均使膜表面电负性降低.膜表面表征表明两种方法均能使PDA与PEI交联涂层牢牢黏附在PSf基膜上,但两种改性方法的反应机理有所不同:PDA/PEI共沉积更易发生Schiff base反应,而分步沉积法更倾向于发生Michael addition反应.研究结果对于不同功能改性膜的发展提供理论基础,为PSf膜表面改性提供参考依据.     

聚砜膜的表面亲水改性

配制叔丁基过氧化氢(TBHP)-多巴胺(DA)-三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液,通过在聚砜(PSf)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)来制备亲水纳滤膜.研究了TBHP不同添加量以及不同pH时改性膜的亲水性能,并利用FTIR、XPS、水油接触角测量仪、SEM、AFM等方法表征改性前后PSf膜表面的元素组成、结构、形貌、亲水性能、稳定性以及渗透性能.结果表明,pH=8.5、TBHP添加量为800μL时,PSf膜的水接触角由52°降到13°,油接触角由142°升到165°,得到了亲水疏油改性膜,纯水通量为91.3 L/(m~2·h),相比PSf基膜提高了170.4%,截留率达90.7%,超声振荡后,水接触角仅下降3.1°,表现出良好的稳定性.     

高盐染色废水脱盐用中空纤维超滤膜的制备和应用

在聚砜(PSf)铸膜液中加入磺化聚醚砜(SPES),引入亲水性磺酸基团(-SO_3H),采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PSf/SPES共混改性超滤膜.通过扫描电镜(SEM)表征膜的形貌结构,用过滤实验研究超滤膜的分离性能.结果表明,改性膜最佳制备条件为SPES添加量为质量分数0.25%,芯液组成(DMAc∶H_2O,质量分数比)为2∶8,此时制备的共混改性膜在0.1 MPa压力下,纯水水通量为282.5 L/(m~2·h),对100 mg/L的活性艳橙KE-2R、活性深蓝KE-R、直接混纺黄D-3RNL的截留率分别为95.6%、94.7%、97.4%;在100 g/L Na_2SO_4存在时,PSf/SPES共混改性膜对活性艳红X-7B的截留率仍超过60%,并可使绝大部分Na_2SO_4分子渗透通过,实现了对高盐染色废水中染料与盐分质回收的目的.此外,共混改性膜持续运行48 h处理染色废水时渗透通量和截留率变化较小,具有较好的运行稳定性,可应用于实际染色废水处理.     

聚砜中空纤维膜式人工肺的等离子体改性研究

利用低温等离子体技术在用于膜式人工肺的聚砜(PSf)中空纤维膜表面接枝丙烯酸(AA)和肝素,通过改性以提高膜材料的血液相容性.通过改性前后膜的接触角及接枝率测试结果比较,得出优化的改性条件,即选用氩气(Ar)作为等离子体气源,处理功率为40 W及处理时间为60s.改性后膜材料对牛血清白蛋白(BSA)及血小板黏附量显著减少.此外模拟人工肺进行气液双侧传输测试的结果表明,改性后膜材料保持了初始膜优良的气体传输性能,基本符合常见临床膜式人工肺标准.     

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.     

CA/PSf共混超滤膜的制备及性能研究

以聚砜(PSf)为基膜材料,醋酸纤维素(CA)为共混膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,去离子水为凝固浴,采用非溶剂致相分离法(NIPS法)制备CA/PSf共混平板超滤膜.综合考察了共混膜有机物溶出量,铸膜液聚合物浓度和共混比以及不同凝固浴组成对膜结构、水通量、水接触角、孔隙率、蛋白质截留率的影响.结果表明:相对于传统的以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为添加剂的共混膜,使用CA作为添加剂,共混膜有机物溶出量大幅降低.随着CA含量的增加,共混膜孔隙率逐渐增大,亲水性增加.另外,随着凝胶浴中溶剂含量的增大,共混膜纯水通量不断降低,BSA截留率逐渐升高,膜形态结构变得更加致密.     

PSf-CA中空纤维血液透析共混膜的制备及性能

以聚砜(PSf)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,一缩二乙二醇(DEG)为添加剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为改性剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PSf-CA中空纤维血液透析膜,表征膜的微观结构、亲水性、渗透性能、溶质清除率以及机械性能,讨论不同共混比和不同品牌聚砜对PSf-CA中空纤维膜性能的影响,以及不同模拟液流速和不同透析液流速对溶质清除的影响.结果表明:当PSf(质量分数19%)与CA(质量分数2%)总量(质量分数)21%、PVP-K30(质量分数)10%和DMAc/DEG质量比5/1为铸膜液体系时,PSf-3所制备的膜具有最佳的透析性能,其超滤系数为1 695mL/(m~2·h·kPa),对肌酐、磷酸氢二钠、维生素B_(12)的清除速率分别为116 mL/min、115 mL/min和105mL/min,断裂强度为5.65 MPa.     

热致相分离法制备聚偏氟乙烯微孔膜的研究

热致相分离法是一种制备聚合物微孔材料的有效方法.介绍了聚合物初始浓度、稀释剂、降温速率、成核剂、萃取剂等因素对热致相分离法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔材料的影响,并对热致相分离法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜的最新研究进展进行了介绍.     

抗氧化聚砜血液透析膜的构建与性能研究

为了抑制血液透析过程中氧化应激现象,以聚砜(PSf)为膜材料,水飞蓟宾-卵磷脂(SPC)为改性剂,采用浸没沉淀相转化法制备抗氧化的SPC/PSf血液透析膜.随着SPC在铸膜液中含量的提高,SPC/PSf杂化膜纯水通量增大到(187.9±6.9)L/(m~2·h)、亲水性提高,SPC/PSf膜对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2′-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)最高清除率分别可达到88.3%±1.3%和99.4%±0.3%,抗氧化性提高.SPC/PSf膜相比于纯PSf膜不仅血小板黏附量减少,细胞增殖能力增强,而且具有较强的抑制超氧化物歧化酶(SOD)产生的能力.结果表明,该SPC/PSf血液透析膜可望应用于血液透析领域,缓解病人的氧化应激状态.     

复合热致相分离制膜方法

系统介绍了北京坎普尔环保技术有限公司自主创新研发成功的复合热致相分离(complex Thermally Induced Phase Separation,简称为c-TIPS)制膜方法,并与经典的热致相分离(TIPS)制膜方法和修正热致相分离(m-TIPS)制膜方法作了比较.c-TIPS法以水溶性良溶剂和水溶性添加剂组成的混合物作为"复合稀释剂",在加热搅拌罐中,于聚合物熔点(Tm)以下的温度(一般为90～170℃)下形成聚合物/复合稀释剂体系的均相溶液,在相同温度或低5～10℃的温度下纺丝,通过控制芯液和冷却液的组成,利用同时或先后发生的热致相分离(TIPS)和非溶剂致相分离(NIPS)过程的复合相分离过程,制备了强度高、通量大、外表面有皮层(超滤膜)和没有皮层(微滤膜)的新型中空纤维(毛细管)多孔膜.该方法适用于几乎所有半结晶性和非结晶性制膜材料,例如,PVDF,PES,PS,PVC,PAN,PMMA,CA,等,所得膜的综合性能大大优于用NIPS法制备的同样材料的膜性能.     

聚砜有机-无机杂化改性膜的研究进展

聚砜膜具有良好的耐高温性、耐酸碱性能和高的机械性能等,被广泛用于膜分离领域.但由于聚砜膜的表面疏水性,使其在水处理等方面的应用受到一定限制.针对聚砜膜的有机-无机改性,综述了近年来采用无机纳米粒子,如金属氧化物纳米粒子、表面修饰的氧化物纳米粒子、二维(2D)层状材料、金属有机共价材料(MOFs)和其他纳米粒子对聚砜膜的杂化改性及其研究进展,并对存在的问题和应用进行评述和展望.     

基于聚砜的两亲性聚合物对聚醚砜膜的亲水化和抗污染性改性研究

在聚砜(PSf)主链上固定引发点氯甲基后,通过原子转移自由基(ATRP)的方法,将大分子水溶性单体甲基丙烯酸聚乙二醇酯(POEM)接枝聚醚砜上得到一种基于聚醚砜的两亲性聚合物聚醚砜接枝聚甲基丙烯酸聚乙二醇(PSf-g-POEM)。文中以合成的聚醚砜两亲性聚合物为添加剂待对聚醚砜(PES)膜进行共混改性。对改性后的聚醚砜共混膜进行了差示扫描量热分析(DSC)以评估两者的相容性能,测定其接触角和表面化学组成以评价改性前后亲水性变化。此外,论文还对膜的动态抗污染性以及各种过滤阻力也进行了定量测试。     

低温热致相分离法制备聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜的研究

提出了一种低温热致相分离成膜方法(L- TIPS),通过干-湿法纺丝工艺制备了聚偏氟乙烯( PVDF)中空纤维多孔膜,考察了非溶剂致相分离法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)两种成膜机理的竞争关系对膜形态结构和性能的影响.结果表明:低温热致相分离法在制备PVDF中空纤维膜的过程中同时发生了非溶剂致相分离机理和热致相分离机理,与单纯非溶剂致相分离机理成膜相比,膜断面未出现大的空穴,仅有少量指状孔,中部为球状结构,内外表面均有皮层,增强了膜的抗污染性能和强度;铸膜液浊点温度与凝固浴温差越大,壁厚越厚,热致相分离作用越明显,非溶剂致相分离作用相对减弱,膜的纯水通量和强度均有所提高,卵清蛋白截留率变化不大;低温热致相分离法比传统热致相分离法制膜温度低,能够添加常用的亲水性高分子添加剂(PVP、PEG、PVA).     

双层刮膜法中聚砜膜结构的控制和性能研究

同时刮膜法是一种利用涂层与支撑层分离来制备高表面开孔率微孔膜的方法.本文采用同时刮膜法制备PSf微孔膜,考察了底层制膜液中聚砜的浓度、添加剂PVPK-90含量、凝胶浴温度以及PEI涂层厚度等参数对膜结构和性能的影响.结果表明,PSf溶液中聚合物浓度增大使溶液的黏度明显增大,同时膜表面凹洞数目减少,孔径减小,且水通量减少...     

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%。     

PPTA/PSf原位共混合成过程中PPTA分子量的控制

采用原位共混合成法在聚砜(PSf)/N-甲基吡咯烷酮(NMP)体系中合成刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA),制备出PPTA/PSf原位共混铸膜液.FT-IR结果表明,在PSf/NMP体系中成功合成了PPTA.通过考察PPTA/PSf共混比、聚合物含量、助溶剂浓度和酸吸收剂浓度对在PSf/NMP体系中合成的PPTA分子量的影响,确定了一系列提高PPTA分子量的影响因素.     

热致相分离法制备聚烯烃微孔膜

热致相分离（TIPS）法是目前制备聚合物微孔膜的重要方法之一。其制膜方法简单有效，突破了传统非溶剂诱导相分离制膜方法对膜材料本身的限制。介绍了热致相分离法制备微孔膜的基本步骤，综述了近年来采用热致相分离法制备聚烯烃微孔膜的研究现状及进展。