磺化含二苯基雜環(huán)聚芳醚砜膜材料的制備與性能.pdf

1、膜分離技術(shù)因其節(jié)省能源、空間以及效率高等優(yōu)異特點(diǎn)越來越受到各個(gè)行業(yè)的重視。隨著水資源的日益緊缺，膜分離對(duì)水資源回收利用的重要性日漸顯示。較為優(yōu)良的膜材料是膜分離技術(shù)的關(guān)鍵因素，目前應(yīng)用回收水資源這一領(lǐng)域的高分子膜材料有選擇性不高、耐溫性較差等不足，而聚芳醚砜類材料因其耐溫性以及尺寸穩(wěn)定性等較為優(yōu)良的特點(diǎn)被應(yīng)用于膜分離回收水的領(lǐng)域。聚芳醚砜類材料的親水性較差，通過物理或化學(xué)改性改善其親水性是目前最常用的方法。
　　本論文在合成聚芳醚

2、砜過程中，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，向聚芳醚砜分子主鏈中引入含有苯基的二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)，合成了含有二苯基側(cè)基的雜環(huán)聚芳醚砜（PPES-dPs）。這類聚合物由以4-（4-羥基）苯基-2,3-二氮雜萘-1-酮（DHPZ）、4-（3,5-二苯基-4-羥基）苯基-2,3-二氮雜萘-1-酮（DHPZ-dP）、4,4’-二氯二苯砜（DCS）為單體，調(diào)節(jié)二苯基單體DHPZ-dP以及DHPZ的比例，運(yùn)用高溫溶液縮聚法，合成了多個(gè)比例的產(chǎn)物PPES-dPs。并通過紅

3、外測(cè)試（FT-IR）與核磁氫譜（1H NMR）測(cè)試分析，證明了所得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相符合。
　　本文選用濃硫酸為磺化試劑，將磺酸基團(tuán)引入到雜環(huán)聚芳醚中制備磺化雜環(huán)聚芳醚砜（SPPES-dPs）。對(duì)聚合物的溶解性能以及特性粘度進(jìn)行表征，結(jié)果表明聚合物在N-甲基吡咯烷酮（NMP）等溶劑中具有良好的溶解性，制備的聚合物分子量較高。對(duì)改性前后聚合物用溶液澆注法制備PPES-dPs膜與SPPES-dPs膜。對(duì)聚合物膜的溶脹率、吸水率、動(dòng)

4、態(tài)接觸角以及水蒸氣滲透性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：未磺化改性的 PPES-dPs膜的吸水率與溶脹率隨著二苯基側(cè)基含量的增加而有所增加，磺化改性后的 SPPES-dPs則隨著離子交換容量（IEC）的增大而增大，且磺化改性前后膜均具有較好的熱穩(wěn)定性能；SPPES-dPs膜的動(dòng)態(tài)接觸角明顯小于PPES-dPs膜，具有良好親水性。對(duì)SPPES-dPs膜的表面進(jìn)行了原子力掃描電鏡測(cè)試，結(jié)果表明膜表面的均方根粗糙度范圍在3.03~7.71?之間，表面膜表

5、面的平整性良好。
　　選用IEC相近的SPPES-Ps膜、SPPES-dPs膜以及SPPEK-dPs膜，對(duì)三類膜的性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，IEC相近的SPPES-dPs膜、SPPEK-dPs膜與SPPES-Ps膜的溶脹率與吸水率均隨著溫度的升高不斷提升，但 SPPES-dPs膜的吸水率較之于 SPPES-Ps膜與SPPEK-dPs膜更大，具有更好的親水性；在同一溫度下，這三類膜的水蒸氣滲透速率（WVP）均隨著IEC的增大而逐漸增

6、加。當(dāng)IEC相近時(shí)，同一溫度下SPPES-dPs膜的水蒸氣滲透速率約為SPPEK-dPs膜的1.6~2.0倍。對(duì)膜的水蒸氣滲透速率與溫度變化關(guān)系進(jìn)行了Arrhenius擬合，計(jì)算得到了膜的表觀活化能，結(jié)果顯示SPPES-dP40膜水蒸氣滲透速率的表觀活化能為14.9 KJ/mol，低于SPPEK-dP40膜與SPPES-P75膜的表觀活化能。因此，SPPES-dPs膜對(duì)水蒸氣的滲透性性比SPPEK-dPs膜與SPPES-Ps膜更加優(yōu)良。