聚丙烯腈/聚砜共混超滤膜制备及其电场作用下膜过程研究

摘要

扩宽膜的品种和提高膜性能已经成为膜材料的研究热点：另外浓差极化和膜污染是超滤过程中急需解决的问题，而外加电场技术已经被证明是一种可强化超滤过程的有效手段，把外加电场技术应用于共混膜超滤具有良好的实际应用前景。 本文选用聚丙烯腈/聚砜为原料，采用相转化法制备共混超滤膜，研究电场作用下共混膜分离牛血清白蛋白(Mw 67000)的膜过程和分离行为，采用浓差极化和凝胶层理论探讨了电场作用下传递过程和模型。主要研究内容和结果摘要如下： 一、聚丙烯腈/聚砜共混超滤膜制备及其表征 本文首先利用溶解度参数法、绝对粘度法、红外光谱法等方法确定了共混体系的相容性：PAN/Ps为部分相容体系。根据共混体系的相容性等因素对膜性能的影响，利用浸入沉淀相转化法制备共混分离膜，得到具有最佳成膜性能的铸膜液组成及凝胶条件。结果表明，与单一材料的纯聚砜和聚丙烯腈膜相比，共混膜较大程度地提高了膜的抗氧化和耐酸碱性，在维持原截留率不变的情况下，纯水通量有所提高。 二、共混膜的表面改性 本文利用两步法对非均质聚合物表面进行改性，它包括起活化作用的光照溴化和随后的利用丙烯酸单体紫外诱导嫁接聚合。通过与热溴化对比，利用重量法、红外透射光谱法和聚丙烯腈超滤膜表面改性超滤特性的检测，结果表明热溴化和光照溴化在经过2小时和4小时后达到相对稳定值分别为0.0486mmol/g和0.21mmol/g。热溴化产品是吸附溴和残留双键加成溴，而紫外光照溴化产品主要是碳氢键取代溴。通过进一步的丙烯酸单体紫外诱导嫁接聚合后，引入了亲水性基团，与未改性的共混膜相比，改性膜的水通量和截留性能更加优异。 三、电场作用下共混膜的分离过程 重点考查不同电场强度、介质pH值和操作时间等因素对共混膜分离性能的影响。结果表明：外加电场的选择应根据分离对象的荷电性质确定。对荷负电的牛血清白蛋白(pH6.8)，施加正向直流电场可使膜通量和截留率同时提高，而且连续操作50分钟膜通量未见明显衰减，电场强度越高，强化分离效果越明显。膜阻力分析同时证实了，外加直流电场能够明显降低边界层阻力R<,b1>、膜污染阻力R<,f>和总阻力R<,t>，有效地减轻了浓差极化和膜污染的产生，提高了膜分离效率。 四、电场作用下共混膜的分离机理 探讨通过浓差极化和凝胶层理论，对电场作用下的超滤分离机理做探讨。分析了电场作用下超滤过程中分离体系中溶质、溶剂以及膜材料间的相互作用关系。阐述了电场超滤过程中存在的电渗效应、电泳效应和剪切力效应，以及各种效应的协同作用下浓差极化和膜污染现象减弱的原因。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1膜分离技术及其特点

1.2膜分离技术的分类

1.3超滤膜的发展概况

1.4超滤膜的应用现状

1.4.1净化

1.4.2浓缩纯化

1.4.3除杂

1.5共混超滤膜研究的现状

1.6超滤膜的制备方法

1.6.1拉伸

1.6.2相转化

1.7强化超滤过程的研究

1.7.1影响膜通量的两个主要因素：

1.8强化超滤过程的方法

1.9外加电场强化超滤过程研究

1.10膜性能的表征

1.10.1膜结构的表征

1.10.2膜表面性质的表征

1.10.3膜分离性能的表征

1.11研究背景和意义

1.12本论文研究内容

1.12.1聚丙烯腈/聚砜共混体系相容性及其超滤膜的制备研究

1.12.2聚丙烯腈/聚砜共混膜的紫外光照改性研究

1.12.3电场控制下聚丙烯腈/聚砜共混膜超滤牛血清白蛋白的研究

1.12.4电场控制下超滤分离的机理探讨

第二章聚丙烯腈/聚砜共混体系相容性及其超滤膜的制备研究

2.1膜材料和试剂

2.2采用聚乙二醇表征共混膜性能的研究

2.2.1实验方法

2.2.2结果与讨论

2.2.3实验条件的优化

2.3共混体系相容性的研究

2.3.1溶剂/非溶剂的选择

2.3.2用黏度法表征

2.3.3红外光谱法

2.4 PSF/PAN共混平板超滤膜的研制

2.4.1膜性能评价

2.4.2 PAN/PS共混膜制备(浸没沉淀法)

2.4.3扫描电镜法测定超滤膜孔径大小及其分布

2.4.4相关细节说明

2.5结果与讨论

2.5.1聚合物组成对膜性能的影响

2.5.2聚合物溶液的预蒸发时间对膜性能的影响

2.5.3共混物浓度对膜性能的影响

2.5.4添加剂用量对膜性能的影响

2.5.5凝胶浴温度对PS/PSN共混膜性能的影响

2.5.6制备膜的显微结构分析

2.5.7 PAN/PS共混膜与PAN膜化学稳定性比较

2.6超滤性能测试

2.7结论

第三章光照溴化嫁接聚合两步法共混膜表面改性

3.1实验部分

3.1.1原料和仪器

3.1.2改性方法

3.1.3膜性能评价

3.2结果与讨论

3.2.1 PAN/PS溴化后的活性

3.2.2溴化PAN/PS的光照诱导嫁接聚合

3.3讨论

3.4小结

第四章电场强化PAN/PS共混膜超滤牛血清白蛋白的研究

4.1试验部分

4.1.1实验材料及主要实验仪器

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1电场对纯水膜通量的影响

4.2.2电场对牛血清白蛋白超滤效果的影响

4.2.4电场作用下膜渗透性能的恢复

4.2.5 PES50K膜与PAN/PS共混膜超滤BSA效果比较

4.2.6电场作用下超滤过程的传质阻力

4.2.7离子对电场作用超滤过程的影响

4.3本章小结

第五章电场作用下膜超滤过程的传质作用机理

5.1超滤传递机理

5.2电场作用下超滤传递机理

5.2.1电场作用下的电渗作用

结论与展望

1.结论

2.创新之处

3.展望

参考文献：

在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢

评定意见