聚砜/磺化聚醚砜共混超滤膜制备及微结构调控

摘要

聚合物多通道中空纤维膜是集多个通道于一体，具有高的抗拉伸强度和装填密度以及较低能耗等特点，成为了分离膜材料发展的重要方向。本文采用溶液浸没沉淀相转化法开展聚砜(PSF)／磺化聚醚砜(SPES)共混超滤膜制备及微结构调控，考察了PSF/SPES共混体系相容性、探索了铸膜液配方、纺丝工艺条件等对其微孔结构和性能的影响规律。
　　采用非均相磺化法成功制备出磺化度为17％、离子交换容量(IEC)值为0.69的SPES。通过溶解度参数法、Flory-Huggins相互作用参数原理、混合焓法计算预测以及差示扫描量热法(DSC)等系统分析了PSF/SPES共混铸膜液体系的相容性。研究发现二者为部分相容体系，且相容性随共混比的增大呈下降趋势。同时，通过浊点滴定法开展PSF/SPES-溶剂-非溶剂三元体系热力学相图研究。结果发现:随着聚合物浓度增加，浊点变小，分相容易。当溶剂为二甲基乙酰胺，其与非溶剂水的相互作用强烈，互溶性好，体系为瞬时相分离，少量非溶剂加入即可使体系出现浑浊。在含有添加剂PEG的体系中，其浊点曲线靠近溶剂轴，铸膜液体系对非溶剂的容纳能力减低，热力学分相容易。
　　PSF/SPES共混物为聚合物铸膜液，考察了聚合物浓度、共混比、添加剂PEG分子量及其含量对共混平板膜结构和性能的影响规律。结果显示，当聚合物浓度为20.7 wt％、共混比为6％、添加剂PEG(分子量10KDa)含量为19.1 wt％，制备出梯度海绵状网络孔结构的聚砜／磺化聚醚砜共混平板超滤膜，其纯水通量高达1715 L/m2h，膜的亲水性得到了显著提高。
　　同样，PSF／SPES共混物为聚合物铸膜液(共混质量比为94/6)，探索了芯液组成、凝固浴温度和拉伸比等工艺参数对七通道中空纤维膜微孔结构和性能的影响。结果表明，当芯液为水和二甲基乙酰胺混合液（质量比为3∶2）时，所制备的七通道中空纤维膜的纯水通量为228 L/m2·h，对牛血清蛋白(BSA)的截留率达到96％。当凝固浴温度为50℃和牵伸比为13 m/min时，所制备的七通道中空纤维膜外表面呈现开孔结构，其纯水通量达870 L/m2·h，BSA截留率达到90％。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 研究内容

第二章 文献综述

2．1 超滤膜技术

2．1．1 超滤膜

2．1．2 超滤膜材料

2．1．3 超滤膜制备方法

2．1．4 超滤膜最近发展前景

2．2 溶液浸没沉淀相转化法成膜机理

2．2．1 热力学

2．2．2 动力学

2．2．3 中空纤维膜形成机理

2．3 微孔膜形态结构

2．3．1 微孔形成机理

2．3．2 微孔形态

2．4 微孔膜结构控制

2．4．1 铸膜液组成

2．4．2 制膜工艺

2．5 本章小结

第三章 PSF／SPES共混体系相容性研究

3．1 本章内容

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品及仪器

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 SPES表征

3．3．2 PSF／SPES共混相容性理论分析

3．3．3 DSC分析

3．4 本章小结

第四章 PSF／SPES三元体系热力学研究

4．1 本章内容

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品及仪器

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 铸膜液温度对相分离行为的影响

4．3．2 不同非溶剂对相分离行为的影响

4．3．3 添加剂对相分离行为的影响

4．4 本章小结

第五章 PSF／SPES共混平板超滤膜制备及微结构调控

5．1 本章内容

5．2 实验部分

5．2．1 实验药品及仪器

5．2．2 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 聚合物浓度对共混平板膜结构和性能的影响

5．3．2 PSF／SPES共混比对共混平板膜结构和性能的影响

5．3．3 PEG分子量对共混平板膜结构和性能的影响

5．3．4 PEG含量对共混平板膜结构和性能的影响

5．3．5 响应面优化法优化铸膜液组成的研究

5．3．6 凝固浴组成对共混平板膜结构和性能的影响

5．3．7 凝固浴温度对共混平板膜结构和性能的影响

5．4 本章小结

第六章 七通道PSF／SPES共混中空纤维膜制备及微结构调控

6．1 本章内容

6．2 实验部分

6．2．1 实验药品及仪器

6．2．2 实验方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 芯液组成对七通道中空纤维膜内壁的影响

6．3．2 凝固浴温度和牵伸比对七通道中空纤维膜外壁的影响

6．4 本章小结

第七章 结论以及下一步研究建议

7．1 结论

7．2 下一步研究建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢