靜電紡聚砜纖維膜的改性處理及對(duì)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(shù),以其優(yōu)良的分離效果、操作條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)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(shù)處理染料廢水可以實(shí)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(lái)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(guān)注。
　　聚砜(Polysulfone,PSF)因具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于污水處理膜材料。通過靜電紡絲技

2、術(shù)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(xué)穩(wěn)定性,經(jīng)靜電紡絲獲得的纖維直徑可達(dá)幾十納米,纖維膜孔徑可達(dá)到納米級(jí)。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(yīng)用前景。但是目前有關(guān)靜電紡PSF纖維膜和PA6/66纖維膜對(duì)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(duì)靜電紡PSF纖維膜強(qiáng)力較低的問題,采用熱處理的方法使其力學(xué)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?jǐn)?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(diǎn)溫度對(duì)其靜電紡纖維膜進(jìn)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(shí)間為2h,此時(shí)膜的平均孔徑為4.5μm,表面接觸角為130.2°。
　　針對(duì)染料廢水高酸堿度特性及采用化學(xué)試劑清洗膜時(shí),對(duì)材料的

4、化學(xué)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(xué)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(yán)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(xué)性能遭到嚴(yán)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(xué)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(xué)性能,而在60℃熱水中,隨著處理時(shí)間增加,力學(xué)性能遭到嚴(yán)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(jìn)一步提高膜的斷裂強(qiáng)度,減小斷裂伸長(zhǎng),以達(dá)到去除染料,減少膜污染和減小過濾時(shí)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(yù)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(xué)性能和親水性能均顯著改善。經(jīng)2%-120(殼聚糖質(zhì)量百分?jǐn)?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(qiáng)度分別增加了277.2%和126.8%,斷裂伸長(zhǎng)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(qiáng)度分別增加了134.7%和53.9%,斷裂伸長(zhǎng)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(duì)分散藍(lán)2BLN懸浮液和弱酸性藍(lán)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(lán)2BLN懸浮液為0.1g/L時(shí),2

8、%-120的截留率為99.5%,但是過濾通量遠(yuǎn)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(dá)94%以上,經(jīng)25min后,這三種纖維膜的過濾通量趨于一致。當(dāng)過濾壓力從0.1MPa增加到0.3MPa時(shí),2%-120改性PSF纖維膜對(duì)分散藍(lán)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(dá)到提高過濾效果的目的;分散藍(lán)2BLN懸浮液的濃度與靜電紡PSF纖維膜對(duì)其截留率之間沒有