杂萘联苯聚芳醚砜中空纤维纳滤膜的研究

【摘要】：纳滤膜因其具有低的操作压力、高通量以及对多价离子和分子量介于200-1000的有机物具有较高的截留率而得到广泛的应用。但由于其复合工艺难度大,目前商品化的纳滤膜多为平板或卷式组件。中空纤维膜具有自支撑、装填密度高、比表面积大、设备小型化的特点,在工业应用中更具潜力。本文以杂萘联苯聚芳醚砜(PPES)为膜材料,进行中空纤维纳滤膜的研究。 铸膜液体系的热力学性质是相分离制膜的基础。本论文采用浊点滴定的方法考察了溶剂及各种不同种类非溶剂添加剂(NSA)对PPES铸膜液体系相分离行为的影响,依据线性浊点关系(LCP关系)外推计算各体系的双节点线,由此得到铸膜液体系中非溶剂添加的上限含量。并通过特性粘度的测定,分析了不同非溶剂添加剂及其含量对铸膜液体系中高分子链段构象的影响,为PPES铸膜液体系的构建提供了可靠的依据。 采用浸没沉淀相转化法制备中空纤维基膜。首先,以NMP为溶剂,系统考察了聚合物浓度、添加剂及添加剂含量对PPES中空纤维基膜结构和性能的影响。在此基础上引入第四组份THF,优化PPES/(NMP/THF)/NSA四元铸膜液体系及其制膜工艺条件,制备了系列具有高渗透通量、良好耐热性能的中空纤维基膜。在操作压力0.1MPa下,随着操作温度由20℃增加至90℃, PPES中空纤维膜的纯水通量由597 L/(m2·h)增加至1420 L/(m2·h),而膜截留性能的变化率小于2%；90℃下该膜对PEG20,000的截留率为75.6%,对PEG30,000的截留率在99%以上。 以杂萘联苯聚芳醚砜(PPES)中空纤维超滤膜为基膜,以磺化杂萘联苯聚芳醚砜(SPPES)为涂层材料,设计自制实验涂覆装置成功实现了中空纤维复合纳滤膜的高效、稳定涂覆,制备了外压式SPPES/PPES中空纤维复合纳滤膜。系统研究了基膜性能、基膜预处理方式、浸涂溶液组成、热处理时间和温度等工艺条件对复合膜性能的影响,优化了复合纳滤膜的制备工艺。SPPES/PPES中空纤维复合纳滤膜表现出典型荷负电纳滤膜的特征,膜对不同无机盐的脱除顺序为：Na2SO4MgSO4NaClMgCl2。所制得的SPPES/PPES外压式中空纤维复合纳滤膜在1.0MPa、室温下纯水通量可达43.5 L/(m2·h),对Na2SO4溶液(1000 mg／L)的截留率为87.4%；提高复合膜的操作温度,其渗透性能增加明显：1.0MPa、90℃下,中空纤维复合纳滤膜的纯水通量为114 L/(m2·h),对Na2SO4溶液(1000 mg/L)的截留率为87.0%,SPPES/PPES中空纤维复合纳滤膜表现出良好的耐热稳定性。 在制备中空纤维基膜的基础上,利用PPES/(NMP/THF)/NSA体系下各组分之间相容性的差异优选二甲基亚砜(DMSO)和γ-丁内酯(GBL)为非溶剂添加剂,采用相转化法制备了非对称中空纤维纳滤膜。考察了不同NMP/THF组成、聚合物浓度、干纺程长度、添加剂含量、芯液组成等对非对称中空纤维纳滤膜结构和性能的影响。当铸膜液体系中NMP/THF(4/6)、DMSO为添加剂,干纺程长度为40mm,芯液中溶剂比例为95%时,0.6MPa下纳滤膜的渗透通量可达87.2 L/(m2·h),对PEG600(1000 ppm)的截留率大于98%。以活性艳蓝染料(10g/L)和NaCl (2 g/L)的混合溶液为测试液,采用间歇渗滤操作,在80℃、0.6MPa下考察了非对称PPES中空纤维纳滤膜对染料的脱盐性能：渗滤浓缩2倍,经过7个循环的恒容脱盐操作后,透过液的电导率值降至100μs·cm-1, PPES中空纤维纳滤膜可以获得较好的染料脱盐效果。