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紫外接枝制备亲水性纳滤膜的研究

邱长泉  
【摘要】:纳滤膜由于其工作压力低、渗透通量大、分离效率高、操作成本低在水处理和低分子量有机分子的分离中得到广泛的应用,是近年来发展迅速的膜分离技术。随着纳滤在生物、医药等领域中的广泛使用,提高膜的亲水抗污性已成为纳滤膜研究的热点。本文通过对超滤膜进行紫外辐照接枝的方法制备亲水性纳滤膜,创建了一种制备亲水性纳滤膜的新方法。实验系统研究了酚酞基聚醚酮(PEK-C)超滤膜表面的紫外辐照接枝反应,研究了反应条件、单体性质、链转移剂及共聚接枝等对膜的纳滤分离性能的影响,在此基础上探讨了PEK-C的光接枝反应的机理和Donnan效应对纳滤膜性能的影响。 论文首先研究了在光敏剂BP存在下,通过紫外辐照在PEK-C超滤膜表面接枝亲水性单体丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)单体制备纳滤膜的方法。用FTIR、AFM、表面接触角测定仪和改性膜对无机盐电解质的纳滤截留性能等方法系统研究了接枝反应的条件对亲水性纳滤膜结构和性能的影响。研究表明,AA和HEMA能够在光敏剂存在下,通过紫外接枝聚合的方法在PEK-C膜表面形成接枝层。其接枝率随辐照时间的增加而增加,膜的水接触角也同步下降,表明改性后膜表面的亲水性得到明显改善。对这两种单体改性的膜进行纳滤分离实验发现,尽管在相同接枝条件下,二者的接枝率相近,但膜的分离性能,特别是对电解质离子的截留率有很大的差别。如在光强为1.56 mW/cm~2时,用质量浓度均为10%的AA和HEMA溶液接枝90 min,改性膜对Na_2SO_4的截留率分别为94%和39.5%。这表明,通过在膜表面引入电负性强的单体对提高膜的纳滤分离性能十分有利。 论文也研究了在单体溶液中不加任何光敏剂,用紫外光对PEK-C超滤膜直接辐照接枝丙烯酸单体的反应。结果发现,AA同样能很好地接枝到PEK-C膜上,表明PEK-C具有良好的光敏性。通过增大光强、延长接枝时间和提高单体的浓度,均有利于提高膜表面的接枝率。同样,随着接枝率的提高,水在膜上的接触角变小,膜表面的亲水性提高。通过表面紫外辐照接枝,改性PEK-C膜显示了优良的纳滤分离性能。如当辐射强度为8.7 mW/cm~2时,在10%的AA单体溶液辐照5min后,改性膜对Na_2SO_4的截留率可高达99.6%。根据上述实验结果,论文用扩展的Nernst-Planck方程对接枝改性膜的成膜过程和分离机理进行了讨论,认为在微孔中形成的接枝链与溶液分子的磨擦阻力和静电排斥作用是接枝膜对盐离子呈现截留作用的主要原因。通过控制接枝率和接枝链长,改变膜表面的静电排斥力可有


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