基于金屬配位作用的層層自組裝納濾膜的制備及性能研究.pdf

1、納濾膜因其具有獨特的荷電性能和分離性能,在海水淡化和水處理方面有著廣泛的應(yīng)用。目前納濾膜的制備方法有很多,層層自組裝技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種制備聚電解質(zhì)多層納濾膜的簡單、有效的方法,由于其具有制備過程簡單、成膜物質(zhì)豐富、膜厚度可控等諸多優(yōu)點,得到了廣泛的研究,并成為納濾膜制備的一種重要方法。
　　目前基于靜電作用為推動力的層層自組裝的研究最為廣泛,但是除了靜電作用外,還有配位作用、電荷轉(zhuǎn)移作用、氫鍵、共價作用等也可以作為成膜驅(qū)動

2、力。配位作用是一種相對穩(wěn)定的作用力,并且金屬離子的引入也可以使膜具備一些特殊的性能。因此本文主要采用層層自組裝的方法,基于金屬配體間的配位作用作為成膜驅(qū)動力,研究層層自組裝技術(shù)制備聚電解質(zhì)多層納濾膜。
　　本研究主要采用聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)和聚乙烯亞胺(PEI)兩種聚電解質(zhì),以改性后的聚丙烯腈(PAN)為基膜制備層層自組裝納濾膜,通過X射線光電子能譜(XPS)、X射線能譜(EDX)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和

3、接觸角等方法分析組裝過程機(jī)理,觀察膜的表面形貌,并對膜的性能進(jìn)行考察。
　　首先制備了層層自組裝納濾膜(PEI/PSS(Cu)1/2)n,研究了銅作為過渡金屬時自組裝納濾膜的性能。在實驗中,首先考察了基膜的種類和沉積順序的影響,結(jié)果表明,選用在35℃的 NaOH溶液中改性90min的 PAN超濾膜為基膜比較適宜;其次,考察了過渡金屬離子的濃度、聚乙烯亞胺溶液的 pH值和層數(shù)對制備的膜性能的影響,實驗結(jié)果表明,過渡金屬離子的濃度在0

4、.2-0.4M之間,pH值為6時制備的自組裝膜性能較優(yōu)。沉積五個雙層時,自組裝膜在1.0MPa下對 Na2SO4的截留率為84％左右,通量大約為65 L·m-2·h-1,對 NaCl的截留率為23%,通量大約為80 L·m-2·h-1。然后對制備的膜進(jìn)行表征,XPS譜圖證明了自組裝過程的驅(qū)動力為配位作用,接觸角的交替變化反映了自組裝的交替過程。SEM照片表明,靜態(tài)沉積五個雙層后,超濾基膜表面的孔已被覆蓋,而且制備的膜膜面致密;AFM照片

5、表明,膜具有很好的表面形貌。膜的抗菌實驗表明,沉積了四層之后的膜就具有較好的抗菌性能。制備的多層膜在水中有較好的穩(wěn)定性,可以在水中長期保存。經(jīng)過戊二醛交聯(lián)處理之后,膜的性能有了一定的提升,從 SEM圖片也可以看出膜面變得更加致密。
　　為了制備性能更好的自組裝納濾膜,我們研究了二價鐵離子作為過渡金屬制備自組裝膜(PEI/PSSFe1/2)n。采用二價鐵離子作為過渡金屬時制備的自組裝納濾膜的性能較為優(yōu)異,沉積四個雙層時,在1.0 M

6、Pa對 Na2SO4的截留率接近88%,通量在40 L·m-2·h-1左右,對 NaCl的截留率為28%,通量在45 L·m-2·h-1左右?？疾炝肆蛩醽嗚F銨的濃度對膜性能的影響,結(jié)果表明,硫酸亞鐵銨的適宜濃度為0.06-0.08M之間。對制備的自組裝膜進(jìn)行表征,接觸角的變化表明以 PSS(Fe)1/2作為最外層時自組裝膜具有很好的親水性。SEM和 AFM照片表明,制備的膜表面致密,粗糙度小,具有較好的表面形貌。對膜性能的測試結(jié)果表明,