PPESK中空纖維復(fù)合納濾膜及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮(PPESK)是本研究組開發(fā)的新材料，具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，良好的溶解性、成膜性、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是一類用于制備超濾膜和納濾膜的新型材料。 結(jié)合線性濁點(diǎn)關(guān)系(LCP)，根據(jù)濁點(diǎn)滴定試驗(yàn)，通過三元相圖研究了20℃下非溶劑添加劑(丁酮，乙二醇甲醚，一縮二乙二醇)對PPESK鑄膜液體系的相分離行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LCP關(guān)系可以用于描述PPESK/NMP/H2O和PPESK/NMP/NSA三元體系在相

2、分離時(shí)的濁點(diǎn)組成，并根據(jù)LCP關(guān)系外推計(jì)算三元體系的雙節(jié)線，由此可得鑄膜液體系中非溶劑添加劑的上限含量，為PPESK鑄膜液體系組成的構(gòu)建提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。根據(jù)LCP線性相關(guān)曲線以及計(jì)算得到的鑄膜液體系的雙節(jié)線的結(jié)果可以得出：線性回歸的斜率b相同時(shí)，截距a的絕對值越大則非溶劑對聚合物溶液的凝膠能力越強(qiáng)。根據(jù)溶解度參數(shù)和相分離曲線，確定了非溶劑添加劑在20℃時(shí)的凝膠能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋核?一縮二乙二醇>乙二醇甲醚>丁酮。以PPESK為膜材料

3、，NMP為溶劑，水為凝膠劑，選用乙二醇甲醚(EGME)、一縮二乙二醇(DegOH)和丁酮(MEK)為非溶劑添加劑，系統(tǒng)研究了聚合物濃度、添加劑種類和含量對PPESK中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，制備了一系列具有不同孔徑和通量的中空纖維超濾膜。 以上述PPESK中空纖維超濾膜為底膜，通過哌嗪(PIP)與均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反應(yīng)制備了中空纖維聚哌嗪酰胺復(fù)合納濾膜。研究了底膜結(jié)構(gòu)對復(fù)合膜性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以對PEG20

4、00的截留率為94.1％，純水通量為200L/mzh的中空纖維超濾膜為底膜制備的復(fù)合納濾膜性能最好。通過哌嗪(PIP)與均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反應(yīng)制備中空纖維復(fù)合納濾膜，系統(tǒng)研究了界面聚合工藝條件，如水相濃度、水相浸漬時(shí)間、氮?dú)獯祾邥r(shí)間、油相濃度、油相浸漬時(shí)間和水相中酸接受劑的含量對中空纖維復(fù)合納濾膜性能的影響。在最佳界面聚合工藝條件下制備的中空纖維復(fù)合納濾膜在室溫、0.35MPa下對Na2SO4的截留率可達(dá)99％，純水通量達(dá)

5、54L/mzh?？疾炝瞬僮鳁l件(如操作壓力，操作溫度，進(jìn)料液流速、進(jìn)料液濃度等)對復(fù)合納濾膜性能的影響。PPESK中空纖維復(fù)合納濾膜具有較好的耐熱穩(wěn)定性。復(fù)合納濾膜對無機(jī)鹽的截留順序?yàn)椋篘a2SO4>MgSO4>NaCI>MgCl2，這是由于聚哌嗪酰胺復(fù)合納濾膜是一種典型的荷負(fù)電膜。復(fù)合納濾膜對低分子有機(jī)物的截留率則隨有機(jī)物分子量提高而增加。 由滲透實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合非平衡熱力學(xué)模型計(jì)算了復(fù)合膜的特征參數(shù)，然后用細(xì)孔模型和TMS模型計(jì)

6、算出了PIP、TMC和時(shí)間三個(gè)系列的中空纖維復(fù)合納濾膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電荷密度。結(jié)果表明，單體PIP和TMC濃度是影響復(fù)合膜結(jié)構(gòu)參數(shù)和電荷密度的重要因素，增加單體濃度，復(fù)合膜的孔徑減小，膜厚和膜的電荷密度增加。界面聚合時(shí)間對復(fù)合膜孔徑影響不大，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，膜的厚度和電荷密度增加。考察了中空纖維納濾膜對不同濃度的NaCl溶液的分離性能，結(jié)果表明復(fù)合膜對NaCl的截留率和通量都隨鹽溶液的濃度增加而降低。所制備的中空纖維納濾膜對陰離子染料

7、活性艷藍(lán)(KN-R)具有較好的分離性能和抗污染性能，在0.5MPa下運(yùn)行200min，復(fù)合膜的通量在前60min稍有降低然后保持穩(wěn)定，并且清洗后膜的通量可以部分恢復(fù)。考察了復(fù)合膜在染料脫鹽精制中的應(yīng)用，在室溫、0.6MPa下膜的通量在45L/m2h左右波動(dòng)，對活性艷藍(lán)的截留率近100％。經(jīng)過8個(gè)循環(huán)的恒容脫鹽后，染料中的鹽基本除凈。 在室溫、0.6MPa下，考察了CMa，CMb和CMc三種復(fù)合納濾膜對含有磷酸鹽雜質(zhì)的核苷酸的分離

8、性能，膜CMc對核苷酸的截留率最高(達(dá)97.9％)，同時(shí)膜的通量也較大(為27.5L/m2h)，因此選用膜CMc作為核苷酸分離用復(fù)合納濾膜。系統(tǒng)研究了操作壓力、料液濃度、料液流速、料液PH值、運(yùn)行時(shí)間等條件對膜分離性能的影響。結(jié)果表明，納濾膜對核苷酸有很好的截留性能，對核苷酸母液中的無機(jī)鹽雜質(zhì)有一定的透過效果。膜對核苷酸和磷酸鹽的截留率及膜的滲透通量隨操作壓力和進(jìn)料流速的提高而上升，隨進(jìn)料濃度的上升而下降。在考察范圍內(nèi)，膜對無機(jī)磷的截留