聚乙烯吡咯烷酮对聚醚酰亚胺膜相转化制备布氏体膜的影响

聚乙烯吡咯烷酮对聚醚酰亚胺膜相转化制备布氏体膜的影响

20世纪60年代初，洛伊木马和索格迪先后发明了一种用于研究醋酸纤维反渗透膜的技术，并在制备非对称膜方面创造了价值。因此，有许多因素影响了聚合物分离膜的最终组成和结构。影响渗透沉淀转化为法律膜的许多因素。室温、水温、湿度、入水量和添加剂对膜的最终组成和结构有显著影响。添加添加剂可以改变铸造膜溶液的性质，从而促进或延迟硝基苯乙二醇（peg）的分离，并改变溶剂和非溶剂之间的交换速度。kim等人研究了聚乙二醇（peg）对聚乙二醇膜的影响，结果表明peg的加入降低了铸造膜溶液的力学稳定性，以及溶剂和非溶剂的交换速度，从而增加了膜的孔径和淡水的含量。鲍尔等人将聚乙二醇（peg）添加到聚乙二醇溶液中，发现平等衡比p的存在改变了膜液体系统的相平衡比，并抑制了膜支撑层的大孔形成。王宝国等人选择了licl和zcll作为原料。因此，添加了大量的机盐，膜的访问率降低。对于不同的系统，相同的添加剂具有不同的作用效果。现在的研究也应该针对具体系统进行调整。聚醚酰亚胺的玻璃化转变温度为217℃左右,具有良好的机械强度,耐温性、耐溶剂性及化学稳定性,是一种综合性能十分优良的成膜材料.Roesink等人制备了PEI/PVP微滤膜,并对膜的耐污染性进行了研究,发现膜中含有少量的PVP,膜有部分的亲水性;许振良等以PVP和PEG为添加剂制得了PEI中空纤维膜,并用其分离油/水乳状液,透过液是完全透明的,对油的脱除率能达到99.0%以上.本研究用相转化法制备PEI平板超滤膜,实验中固定铸膜液中PEI质量分数为17%,利用浊点滴定方法从相图上分析PVP在热力学上对成膜的影响;同时,改变高分子聚合物添加剂PVP在铸膜液中的含量,通过对膜结构的观察及膜性能的测定来分析PVP的作用规律.1实验1.1试剂与试膜:聚乙烯吡咯烷酮的试剂聚醚酰亚胺(PEI),GE公司,105℃下干燥4h后使用;N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),北京化工厂,5A分子筛脱水后使用;聚乙烯吡咯烷酮(PVPK31),上海化学试剂站分装厂;牛血清蛋白,国药集团化学试剂有限公司.小型平板刮膜机(幅宽20cm),自制;用KYKY—2800B型扫描电镜观察膜的形态结构;用SCM型杯式超滤器(膜有效面积33.18cm2,300mL,中科院应用物理研究所)测量膜的纯水通量和截留率;用UV—7502PC型紫外可见分光光度计(北京中科科技发展有限公司)测定牛血清蛋白浓度.1.2实验方法1.2.1浊点测定采用浊点滴定法测得PEI/DMAc/H2O体系相图.滴定装置如图1所示,具体方法可参考文献.1.2.2超滤法制备无纺布超滤膜自制小型平板刮膜装置如图2所示,刮出的膜的幅宽为20cm.将脱泡静置后的铸膜液倒入料槽,手动牵引无纺布从刮刀下通过,铸膜液分散在无纺布上,并随无纺布一起进入凝胶浴(超滤水)中,溶剂和非溶剂交换48h左右,将膜保存在超滤水中待用.1.2.3超滤膜留收率测试在20℃和0.1MPa条件下,用1000mg/L的BSA作为原料液测试超滤膜的截留性能.BSA浓度用紫外可见分光光度计在波长280nm下测定.1.2.4pei超滤膜结构分析PEI超滤膜经乙醇水溶液脱水处理后,在液氮中淬断,经镀金后用扫描电镜观测其断面形态结构.2结果与讨论2.1pv对分相分离的影响不同种类的添加剂对制膜液体系的相行为及制膜液的凝胶沉淀过程速度有很大影响,从而影响膜的孔结构.由图3可知,在铸膜液中加入质量分数9%的PVP添加剂后,浊点线整体向PEI-DMAc的轴线方向发生了移动,PVP的加入使溶液的均相区增大,发生相分离所需的水量减少,也即说明PVP的加入促进了铸膜液的相分离.这是因为PVP是一种高分子聚合物,它与PEI间的作用力和PEI分子间的作用力是处于同一数量级,PVP的量的增加就相当于增加了PEI的量,这就使PEI在DMAc中的溶解度有所下降,从而使相分离所需的水量减少,促进了膜液的分相.2.2pm浓度对膜结构和性能的影响2.2.1pv的存在对膜分离的影响由图4可以看出,当铸膜液中PVP的质量分数较低时,膜断面呈指状孔结构,且孔之间的连通性比较好;随着PVP浓度的提高,膜的断面结构发生了明显的变化,指状大孔结构消失了,取而代之形成的是海绵状结构.一方面,由图3可知PVP的存在使溶液的均相区变小,减小了发生相分离时所需的非溶剂量,而且PVP是一种亲水聚合物,它可以溶解于水中,使制膜液与凝胶浴的亲和性增加而大大加快了非溶剂的侵入速度,从而促进相分离;另一方面PVP的存在增加了制膜液粘度也抑制了膜液中高分子链的运动,减小了溶剂与非溶剂的交换速度,延迟了相分离.这两方面相互竞争,影响膜的结构形态.PVP浓度较低时,溶液分相较快,因而形成了指状孔;PVP浓度较高时,溶液分相速度减慢,因而形成了海绵状孔.2.2.2支撑层阻力随时间的变化由图5可知:随着添加剂含量的增大,PEI超滤膜的纯水通量总体呈下降趋势,这是因为,随着PVP的加入,膜的支撑层逐渐由指状孔转变为海绵状孔,支撑层阻力变大,而且从图4的电镜电镜照片可以看出,膜的表皮层变的越来越厚,表皮层阻力也增大,因而通量下降,而且下降的比较多,从473L/(m2·h)降到了134L/(m2·h);膜对牛血清蛋白的截留率随PVP质量分数的增大逐渐增大,从84.5%增大到99.1%.这是因为膜的截留率与膜表层的结构有关,膜皮层变得越来越致密,因而对牛血清蛋白的截留率越来越大.3添加剂pv对pei-dmac膜结构特征的影响本文通过考察添加剂PVP对PEI/DMAc/H2O制膜体系的热力学平衡关系、对PEI超滤膜的结构及其性能的影响,研究了亲水聚合物添加剂PVP在PEI成膜过程中所起的作用.1)在铸膜液中加入质量分数9%PVP添加剂后,浊点线整体向PEI-DMAc的轴线方向发生了移动,使溶液的均相区增大,体系有了更大的亲水性,发生相分离所需的水的量减少,也即说明PVP的加入促进了铸膜液的相分