靜電紡聚砜纖維膜的改性處理及對染料的過濾性能研究.pdf

1、膜分離作為一種清潔生產(chǎn)技術,以其優(yōu)良的分離效果、操作條件溫和、設備簡單等優(yōu)點,廣泛應用于工業(yè)廢水回收利用和特種水處理工業(yè)。采用膜分離技術處理染料廢水可以實現(xiàn)染料的資源回收和清潔生產(chǎn)。分離膜的制備方法很多,而近年來通過靜電紡絲獲得的纖維膜,以其高比表面積和表面吸附能,及貫通的孔隙結(jié)構(gòu)和高孔隙率,受到研究者的普遍關注。
　　聚砜(Polysulfone,PSF)因具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性而廣泛應用于污水處理膜材料。通過靜電紡絲技

2、術可以獲得纖維直徑在幾百至幾微米的PSF纖維膜,其孔徑為數(shù)微米。PA6/66具有較好的化學穩(wěn)定性,經(jīng)靜電紡絲獲得的纖維直徑可達幾十納米,纖維膜孔徑可達到納米級。這兩類靜電紡纖維膜在污水處理及染料廢水處理方面具有潛在的應用前景。但是目前有關靜電紡PSF纖維膜和PA6/66纖維膜對染料廢水過濾效果的系統(tǒng)研究仍處于空白。
　　本文探索與優(yōu)化了PSF的靜電紡絲工藝,并針對靜電紡PSF纖維膜強力較低的問題,采用熱處理的方法使其力學性能得到顯

3、著改善。結(jié)果表明,以DMF為溶劑,在紡絲液質(zhì)量分數(shù)為20％,紡絲電壓為12kV,紡絲距離為15cm,紡絲液流量為1.5ml/h的條件下制備的靜電紡PSF纖維具有良好的微觀形貌,并且紡絲狀態(tài)穩(wěn)定。采用接近PSF熔點溫度對其靜電紡纖維膜進行張力下干熱處理,并得到最佳熱處理工藝條件為:處理溫度為190℃,處理時間為2h,此時膜的平均孔徑為4.5μm,表面接觸角為130.2°。
　　針對染料廢水高酸堿度特性及采用化學試劑清洗膜時,對材料的

4、化學穩(wěn)定性和濕熱穩(wěn)定性的需求,研究了常溫下靜電紡PSF和PA6/66纖維膜在不同pH值的鹽酸和氫氧化鈉溶液、去離子水、常用殺菌劑1%雙氧水和0.5%次氯酸鈉溶液中的穩(wěn)定性,及其在去離子水中的濕熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明,190℃-2h熱處理后的靜電紡PSF纖維膜在上述溶液中具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,在60℃以下的去離子水中具有優(yōu)良的濕熱穩(wěn)定性,但是在80℃熱水處理4+4d后,纖維膜的外觀形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞。經(jīng)90℃-15min濕熱處理后的靜

5、電紡PA6/66纖維膜,在雙氧水和次氯酸鈉溶液中處理4d后,其力學性能遭到嚴重破壞,而在其他試劑中浸泡處理4+4d后,仍能保持原有的形態(tài)結(jié)構(gòu),力學性能保持性較好;在40℃熱水中處理4+4d后,仍然能保持較好的力學性能,而在60℃熱水中,隨著處理時間增加,力學性能遭到嚴重破壞。
　　為了改善靜電紡PSF纖維膜的親水性,減小膜孔徑,并能進一步提高膜的斷裂強度,減小斷裂伸長,以達到去除染料,減少膜污染和減小過濾時由于過濾壓力而引起的膜變

6、形情況,先采用氧氣等離子體預處理靜電紡PSF纖維膜,再采用戊二醛交聯(lián)殼聚糖溶液浸軋?zhí)幚砝w維膜。結(jié)果表明,經(jīng)交聯(lián)殼聚糖溶液浸軋?zhí)幚砗?纖維膜的孔徑減小,力學性能和親水性能均顯著改善。經(jīng)2%-120(殼聚糖質(zhì)量百分數(shù)-戊二醛體積/μl)交聯(lián)殼聚糖溶液處理后,纖維膜的部分孔隙被殼聚糖膜覆蓋,孔徑小于0.09μm,并且初始模量和斷裂強度分別增加了277.2%和126.8%,斷裂伸長率減小了86.9%。經(jīng)2%-100交聯(lián)殼聚糖溶液處理后,纖維膜平

7、均孔徑由4.5μm減小為2.62μm,初始模量和斷裂強度分別增加了134.7%和53.9%,斷裂伸長率減小了77.2%。
　　研究了死端恒壓過濾條件下,經(jīng)190℃-2h干熱處理后的靜電紡PSF原樣、2%-100改性PSF、2%-120改性PSF和經(jīng)90℃-15min濕熱處理后的PA6/66纖維膜對分散藍2BLN懸浮液和弱酸性藍N-RL水溶液的過濾性能。結(jié)果表明,在0.1MPa恒壓過濾條件下,分散藍2BLN懸浮液為0.1g/L時,2

8、%-120的截留率為99.5%,但是過濾通量遠小于其他三種。除此之外,其他三種纖維膜的截留率相近,均達94%以上,經(jīng)25min后,這三種纖維膜的過濾通量趨于一致。當過濾壓力從0.1MPa增加到0.3MPa時,2%-120改性PSF纖維膜對分散藍2BLN的截留率并沒有發(fā)生明顯變化,增加壓力也未能使其通量有大幅度提高。此外,研究還發(fā)現(xiàn),多層疊加纖維膜沒有達到提高過濾效果的目的;分散藍2BLN懸浮液的濃度與靜電紡PSF纖維膜對其截留率之間沒有