聚電解質(zhì)改性PVA復(fù)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(fù)合納濾膜又占據(jù)重要的角色。基于其特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的不對稱納濾膜相比，復(fù)合納濾膜具有較高的滲透性能和選擇分離性能以及較強(qiáng)的耐壓密性等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)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(fù)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(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)致其對無機(jī)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(jìn)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(fù)合納濾膜十分必要。
　　 本課題以制備聚電解質(zhì)改性PVA復(fù)合納濾膜作為切入點(diǎn)，選擇化學(xué)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(fù)合納濾膜。實(shí)驗(yàn)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(fù)合納濾膜;采用ATR-FTIR、SEM、AFM以及Zeta電位儀等儀器對PSSNa/PVA復(fù)合納濾膜的表面化學(xué)組成、形貌特征以及荷電性能等進(jìn)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(fù)合膜分離性能的影響。然后，采用錯流滲透實(shí)驗(yàn)評價了PSSNa/PVA復(fù)合納濾膜對不同無機(jī)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(yùn)行條件對復(fù)合膜分離效果的影響。最后，實(shí)驗(yàn)采用牛血清蛋白(BSA)對PSSNa/PVA復(fù)合納濾膜進(jìn)行抗污染性能研究，探討PSSNa/PVA復(fù)合納濾膜的抗污染性。得到以下結(jié)論:
　　 (1)復(fù)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(yīng)，可成功在聚砜(PSF)超濾膜表面復(fù)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(fù)合膜表面并未出現(xiàn)等電點(diǎn)，且隨著pH的升高，由于聚合物分子鏈中存在較多磺酸基，復(fù)合膜表面負(fù)電性逐漸增強(qiáng)。PSSNa/PVA復(fù)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(fù)合膜制備研究表明:復(fù)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(fù)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(yīng)，提高復(fù)合膜表層的致密度，從而提高復(fù)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(fù)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(fù)合納濾膜的截留分子量為2080Da，為疏松型復(fù)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(jī)鹽的截留性能順序?yàn)?RMgC12＜RNaCl＜RMgSO4＜RNa2SO4，表現(xiàn)為典型的荷負(fù)電納濾膜的選擇分離特性;

8、PSSNa改性后的PVA復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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