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添加剂对聚砜超滤膜的微细结构及亲水性能的影响

闫二锦  
【摘要】:工业上常用聚砜树脂作超滤材料,但聚砜具有较强的疏水性,聚砜超滤膜在实际应用中存在抗污性差,膜寿命短的问题。本文以聚砜膜为研究对象,以改善聚砜膜的亲水性为主要研究任务,并对多种铸膜液配方下制得的膜进行测试及模糊数学分析,从而找出综合性能最好的膜。论文从研究不同的添加剂对制得的膜的结构和性能的影响出发,在理论上解释了添加剂对膜的结构与性能的影响,为制成渗透性好、抗污性强以及亲水性好的聚砜超滤膜提供了理论指导。本研究通过改变PSF铸膜液的配比,添加不同种类的添加剂(聚乙二醇PEG、聚乙烯吡咯烷酮PVP、不同分子量的PEG以及混合添加剂纤维素/Li Cl、PVP/Li Cl),改变添加剂的浓度,得到不同结构与性能的超滤膜。并通过膜的水通量测试、接触角测试、平均孔径测试、污染指数测试、平衡水含量测试及对膜进行电镜扫描等实验,来表征膜的亲水性、水通量、孔径分布、抗污性、膜形貌特征。通过对测试结果的分析,得到高通量、抗污性好的亲水膜。研究结果表明:随PVP-K30含量的增加,膜的接触角从79.13°降至71.21°,膜的接触角与PVP添加量负相关。膜的平均孔径逐渐增大,当其含量为8%时,平均孔径增至21nm,此时通量最高达到231.4 L/(m2·h),截留率最低。用模糊数学分析得:用PVP-K30作为聚砜膜的添加剂,其含量为8%时制得的膜在水通量,亲水性,截留能力上表现出的综合性能最好。随着PEG含量及分子量大小的增加,膜的接触角随着加入的PEG大分子含量的增加,膜表面的接触角变小。PEG的加入会影响膜的平均孔径大小,而且总体上膜的孔径大小与PEG含量及PEG的分子量大小的增加呈现正相关。在此变化范围内,膜的水通量总体呈增加趋势,与此同时膜的截留率呈下降趋势。用模糊数学分析得:当用PEG-400作为添加剂时,其含量为10%时制得的膜表现出的综合性能最好。当用PEG-2000作为聚砜膜的添加剂,含量为10%时制得的膜综合性能最好。当用PEG-6000作为添加剂,其含量为6%时制得的膜综合性能最好。当用PEG-20000作为添加剂,其含量为6%时制得的膜综合性能最好。当PVP-K30含量为6%,随第二添加剂LiCl浓度的逐渐增加,膜的接触角逐渐减小,LiCl含量为3%时,水通量最大达到223.2 L/(m2·h)。用模糊数学分析得:PVP-K30含量为6%时,改变第二添加剂LiCl,当LiCl含量为5%时制得的膜综合性能最好。LiCl含量为3%,随第二添加剂纤维素含量的增加,膜的接触角由73.71°降低至65.23°。膜的水通量从189.3 L/(m2·h)升高至402.6 L/(m2·h),截留率下降。用模糊数学分析得:当LiCl含量为3%,改变第二添加剂纤维素含量时,纤维素含量为2%制得的膜综合性能最好。


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