新型中空纖維離子交換膜的制備、表征與應用.pdf

1、中空纖維離子交換膜由于其可自支撐、比表面積大、傳質(zhì)效率高、組件輕便、易組裝易集成等優(yōu)點，被廣泛應用于化工，環(huán)境，食品和生物醫(yī)藥等方面。在制備過程中，由于中空纖維膜對機械強度要求較平板膜高，且為了適應特殊應用背景的一些極端條件，如高溫、酸堿性、氧化性、有機溶劑等環(huán)境，對膜的化學穩(wěn)定性也提出較高要求。使用傳統(tǒng)的季銨化改性方法制備的中空纖維陰離子交換膜，其溶脹度大，機械強度下降，不利于膜的使用效率和壽命。本文為解決這個問題，開發(fā)出能夠提高膜的

2、機械強度和化學穩(wěn)定性，同時保證較高水平的離子交換容量的改性方法，研制出性能好、壽命長、效率高的中空纖維離子交換膜，主要提出了以下創(chuàng)新改性方法：
　　 (1)以溴化聚苯醚(BPPO)中空纖維膜為基膜，用有機小分子硅烷與基膜發(fā)生原位溶膠-凝膠過程，使有機膜網(wǎng)絡中加入無機硅成分，制備有機-無機雜化中空纖維離子交換膜。這種方法不僅保證了成膜具有較高的離子交換容量，同時有效提高了膜的機械強度和熱穩(wěn)定性，大大降低了膜的溶脹度。
　　

3、 (2)用1H-毗唑-1-羧酸脒鹽酸鹽(HPCA)作胍基化試劑，通過室溫水溶液中的溫和反應，制備了胍基化中空纖維離子交換膜。用胍基代替?zhèn)鹘y(tǒng)的季氨基團，膜的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性提高，溶脹度大大降低。同時溫和的反應條件保障了膜的微觀多孔結(jié)構(gòu)不遭到破壞。
　　 基于以上兩種改性方法制備的中空纖維離子交換膜，作者研究了其在生物醫(yī)藥、貴金屬分離、催化氧化等方面的應用及過程機理，具體內(nèi)容包括：
　　 (1)將不同硅烷雜化得到的雜化中

4、空纖維離子交換膜用于蛋白質(zhì)(BSA)的分離，其中四乙氧基硅烷(TEOS)雜化得到的中空纖維離子交換膜表現(xiàn)出優(yōu)越的蛋白質(zhì)吸附-脫附性能，在動態(tài)吸附-洗滌-脫附過程中脫附效率達到94％。
　　 (2)而通過甲基丙烯酰丙基三甲氧基硅烷(Υ-MPS)雜化得到的中空纖維離子交換膜在藥物裝填和緩釋中有較好的應用潛力，能夠長時間以較穩(wěn)定速率釋放水楊酸鈉系列陰離子型藥物，且該雜化膜具有較好的生物相容性，能夠支持人體內(nèi)或體外面向體液緩釋藥物的潛在

5、應用。
　　 (3)HPCA胍基化BPPO基膜制備得到的胍基膜對酸性溶液中的金離子表現(xiàn)出優(yōu)異的親和性，對金的吸附最大可達到770mg/g于膜，即3.91mmol/g干膜。吸附行為受到吸附時間、初始吸附液濃度、酸濃度的影響。胍基膜在混合金屬溶液中對金有選擇性吸附，能夠?qū)崿F(xiàn)混合溶液中提取和分離金。通過實驗證明，胍基膜主要通過靜電相互作用和螯合作用結(jié)合氯金酸根離子，其中螯合作用占主導地位。
　　 (4)胍基膜飽和吸附金后，使用

6、不同還原劑對表面金離子進行原位還原，可制得納米金顆粒附著中空纖維膜。NaBH4、抗壞血酸、D-葡萄糖和檸檬酸鈉等四種還原劑中，NaBH4還原得到的金顆粒粒徑最小，在膜內(nèi)分布最均勻，被用于苯甲醇催化氧化反應的探索研究。結(jié)果證明：納米金顆粒附著中空纖維膜對苯甲醇催化氧化模型反應有一定的催化作用。在60℃時水溶液中反應，加入催化膜后苯甲醛的產(chǎn)量提高為原來的1.7倍，苯甲酸產(chǎn)量提高為原來的16倍。膜的催化效率隨著使用次數(shù)的增加而降低，但降低幅度