聚電解質(zhì)改性PVA復合納濾膜的研究.pdf

1、納濾是近20年來發(fā)展起來的一種新興膜分離技術(shù)，而在納濾膜中，復合納濾膜又占據(jù)重要的角色?；谄涮厥獾男螒B(tài)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的不對稱納濾膜相比，復合納濾膜具有較高的滲透性能和選擇分離性能以及較強的耐壓密性等優(yōu)點，因此被廣泛的應用在各個領(lǐng)域。然而，隨著工業(yè)的發(fā)展，待分離體系趨向于多元化和復雜化，這就要求分離膜不但需要具備良好的親水性、耐污染性和分離選擇性，同時還需要具備一定的物化穩(wěn)定性，使其能夠維持長期穩(wěn)定的分離性能。聚乙烯醇(PVA)因其價格低

2、廉，且具有良好的親水性、成膜性以及耐有機溶劑等優(yōu)點，已成為備受人們的關(guān)注納濾膜材料。但是，由于PVA為中性材料，且具有高度親水性，在水中易溶脹甚至溶解，導致其對無機鹽的選擇分離性能及膜的性能穩(wěn)定性相對較差。因此對PVA膜材料進行改性，提高其選擇分離性能和物化穩(wěn)定性，制備高性能PVA復合納濾膜十分必要。
　　 本課題以制備聚電解質(zhì)改性PVA復合納濾膜作為切入點，選擇化學性能極其穩(wěn)定的PVA作為膜材料，以聚苯乙烯磺酸鈉(PSSNa)

3、作為添加劑，制備兼具耐溶解性與荷電性的PSSNa/PVA復合納濾膜。實驗首先采用涂覆交聯(lián)工藝，以聚砜(PSF)超濾膜為支撐膜，以PVA與PSSNa共混液為涂覆液，制備PSSNa/PVA復合納濾膜;采用ATR-FTIR、SEM、AFM以及Zeta電位儀等儀器對PSSNa/PVA復合納濾膜的表面化學組成、形貌特征以及荷電性能等進行了表征。系統(tǒng)研究了成膜工藝參數(shù)，如交聯(lián)劑種類、交聯(lián)劑濃度和涂覆交聯(lián)劑時間、熱處理溫度以及PSSNa添加量等制備條

4、件對復合膜分離性能的影響。然后，采用錯流滲透實驗評價了PSSNa/PVA復合納濾膜對不同無機鹽以及陰離子染料的分離性能，研究料液濃度、料液pH以及操作壓力等運行條件對復合膜分離效果的影響。最后，實驗采用牛血清蛋白(BSA)對PSSNa/PVA復合納濾膜進行抗污染性能研究，探討PSSNa/PVA復合納濾膜的抗污染性。得到以下結(jié)論:
　　 (1)復合膜微結(jié)構(gòu)表征表明:PVA與PSSNa共混，在硫酸(H2SO4)催化，通過PVA與戊二

5、醛交聯(lián)反應，可成功在聚砜(PSF)超濾膜表面復合一層具有部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PSSNa/PVA活性分離層。在pH為3-10的范圍內(nèi)，復合膜表面并未出現(xiàn)等電點，且隨著pH的升高，由于聚合物分子鏈中存在較多磺酸基，復合膜表面負電性逐漸增強。PSSNa/PVA復合膜表面光滑，活性分離層的厚度約為0.3μm、粗糙度(Rm。)約為3.88nm。
　　 (2)復合膜制備研究表明:復合膜性能受到交聯(lián)劑種類、交聯(lián)劑濃度、涂覆交聯(lián)劑時間和熱處理溫度等制

6、備參數(shù)的影響。戊二醛作為交聯(lián)劑制備的復合膜具有良好的分離選擇性和通量;提高交聯(lián)劑濃度和升高熱處理溫度都能加速PVA的交聯(lián)反應，提高復合膜表層的致密度，從而提高復合膜的截留率，但膜滲透通量下降;增加PSSNa量，膜親水性提高，通量持續(xù)上升，但超過1.0w/v％后，截留率反而下降。PSSNa/PVA復合膜的最佳制膜條件為:PVA濃度1.0w/v％，PSSNa濃度1.0w/v％，戊二醛和H2SO4濃度分別為0.5w/v％和1.0w/v％，涂覆

7、交聯(lián)劑時間為120S，熱處理時間以及熱處理溫度分別為5min和70℃。
　　 (3)分離性能研究表明:在最佳成膜條件下制得的PSSNa/PVA復合納濾膜的截留分子量為2080Da，為疏松型復合納濾膜。在0.5MPa下，膜對500ppmNa2SO4溶液的截留率和通量分別為97.1％和38.7L/m2.h。膜對不同無機鹽的截留性能順序為:RMgC12＜RNaCl＜RMgSO4＜RNa2SO4，表現(xiàn)為典型的荷負電納濾膜的選擇分離特性;

8、PSSNa改性后的PVA復合納濾膜具有更大的RNa2SO4/RNaCl、更好的選擇分離性能和更高的滲透通量。PSSNa/PVA復合納濾膜可用于陰離子染料溶液的分離，其對陰離子染料的截留順序依次為酸性媒介橙R＜日落黃＜剛果紅，PSSNa對PVA復合納濾膜的改性，不僅提高膜對陰離子染料溶液的截留率和滲透通量，而且能有效抑制陰離子染料在膜表面的吸附和沉積。PVA復合納濾膜經(jīng)過聚電解質(zhì)PSSNa改性后具有更好的抗BSA污染性能，且經(jīng)過去離子水清