析因设计研究聚乙烯醇对聚偏氟乙烯多孔膜表面涂层改性
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第３ ７ 卷
第 ４期
膜
科
学
与
技
术
Ｖｏ Ｌ ３ ７ Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ．２ ０ １ ７
２ ０ １ ７年 ８ 月
Ｍ ＥⅣ田ＲＡＮＥ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥ ＣＨ Ｎ０Ｌ０ＧＹ
析 因设计研究聚 乙烯醇对聚偏氟 乙烯 多 孔膜 表 面 涂 层 改 性
李 笑笑 ， 张赞赞 ，党 杰 ， 杜润红
附其上［ ７ ］ ． 大多 数用 于制备 多 孔膜 的高 分子都 是 具有优 良化学稳 定性 的疏 水 高分 子 （ 如 聚偏氟 乙 烯） ， 容易 由于污染物 和膜面间 的疏水作用力 形成
污染． 膜 表 面 形 貌 如 粗 糙 度 对 膜 污 染 也 有 很 大 影 响［ ８ ］ ， 粗 糙 表 面 由 于 比 表 面 积 大 而 使 能 够 附 着 污 染物 的活性 位点多［ ９ － １ １ ］ ， 而 且 粗 糙 表 面 的 峰 谷 结 构是 一 种 藏 污 纳 垢 的 结 构 ， 嵌 入 到 膜 表 面 沟 壑 中 的 污染 物 很 难 用 水 力 或 化 学 清 洗 去 除［ １ 。 １ ． 当前 商 品化 低 压 多孔 膜 （ 即超 滤 和 微 滤 膜 ） 一 般 是 由传
物之 间的相互作用力 （ 如氢键力 、 静电力和范德华
力等 ） ， 亲 水 表 面 可 以 因其 和水 分 子 的 氢 键 作 用 而
在表面和本 体料 液 间形 成一层 水层 ， 由于污 染物
首 先 要 置 换 与 膜 表 面 亲 水 基 团 结 合 的水 分 子 ， 亲 水 表 面 不 易 受 到污 染 ［ ５ —１ ． 疏 水 性 的膜 表 面 与 水 分 子 间无 氢 键 作 用 ， 疏 水 溶 质 容 易 接 近 膜 表 面 并 吸
烯（ Ｐ ＶＤ Ｆ ） 多 孔膜 进 行 涂层 改 性 ， 采 用 析 因设 计 考
察 改性 过程 中各 影 响 因素 对 改 性 膜性 能 的影 响 ， 并 对 改性 前后 的膜 表面性 质 进行 了表 征．
．
第 一作者简介 ：李笑笑（ １ ９ ９ ０ 一 ） ， 女， 河北沧州人 ， 硕士研 究生 ， 研究方 向为膜改性．＊通讯 作者 ： Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｕ ｒ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ＠ｔ ｊ ｐ ｕ ．
但当前在应用过程 中一个最 突出的问题是膜 的污
染． 减 轻 膜 污染 的方 法 很 多 ， 根 本 的 方 法 还 是 开 发 耐 污染 的 膜 ， 尤 其 是 调 控 和 构 筑 膜 的 各 种 表 面 性 质口 ］ ． 膜 表 面化 学 性 质 如 亲水 性 决 定 表 面 和 污染
的 因素可 以采 用析 因设 计． 析 因设 计 是 一 种 安 排 多
因素实验的有效方法 ， 不仅可 以分析各个 因素对实 验结果是否有显著影响 ， 还可 以检验各 因素间交互
作 用 的大小 ， 是 一个 重要 的统计 学 方法 ， 已在很 多领 域 得 到 了应 用． 本文 对 常 用 的 水处 理 用 膜 聚偏 氟 乙
（ 天 津工 业 大学 分 离膜 与膜 过程 国家 重点 实验 室 ，天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ） 摘要 ： 采 用聚 乙烯 醇 （ Ｐ ＶＡ） 稀 水 溶液 对 聚偏 氟 乙烯 多孔膜 涂 层 改 性 ， 涂 层 通 过 固一气界 面反 应 在 多孔膜 上 固定化 ． 通 过析 因设 计探 讨 了改性 条件 （ 包括 Ｐ ＶＡ 分子 量 、 Ｐ ＶＡ 浓度 、 涂层时间
膜
科
学
与
Fra Baidu bibliotek
技
术
第 ３ ７ 卷
ｌ 买 验
１ ． １ 主 要材 料
杂质 ．
２ ） 涂层 ： 在 基 膜 上 粘 一 个玻 璃 圈 ， 形成 一 个 以
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ６ １ ５ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ７ — ８ ９ ２ ４ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ ０ ６
膜 分 离 技术 以其 能 耗 低 、 环境友好 、 产 品优 质 等特点已作为 一项先 进技术 用 于水处 理过 程 中，
收稿 日期 ：２ ０ １ ６ — １ ２ — ０ ６ ； 修改稿收到 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ２ — ２ ０ 基 金项 目：天津市 自然科学基金项 目（ １ ｌ Ｊ Ｃ ＹＢ Ｊ Ｃ ２ ６ ５ ０ ０ ）
ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
导致纯水通量显著下降 ， 有必要通过改进涂膜工艺 降低涂层的阻力． 分析涂膜过程 中影 响改性膜性能
统 的溶 致 相 分 离 法 制 备 的 ， 当 高 分 子 溶 液 接 触 非
溶剂时 ， 溶 剂 和非溶剂交 换 ， 高分 子析 出． 这 种双 扩散及 固化过程非常快 ， 尤其是膜表面部分 ， 由于 高分 子 的链 缠 结 ， 从溶 解态迅速进入凝聚态 时， 高 分子来不及重 排和取 向， 因 此 膜 通 常 具 有 一 个 粗 糙 的外表 面 ＿ １ ． 因此 ， 采 用 各 种方 法 提 高 膜 表 面 的
及 交联 时 间） 对 膜 的纯 水通量 和截 留率的影 响 ， 遴 选 出能 够使 涂 层 阻力较 小 的改性 条 件 ， 改 性
后膜表面亲抽 ｝ 生 和平整性均有所提 高． 关键 词 ： 析 因设 计 ； 膜 改性 ；界 面交联
中 图分 类号 ： ＴＱ０ ２ ８ ． ８ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ７ — ８ ９ ２ ４ （ ２ Ｏ １ ７ ） ０ ４ 一 ｏ ０ ３ ３ 一 Ｏ ５
亲 水 性 和平 整 性是 当前 研 究 的热 点 ［ １ 引 ． 涂 层法 可 以 同时 提 高 膜 表 面 的亲 水 性 和 平 整 性， 是一 种简 单 、 易行 、 有效 的表 面改性 方法 ． 但 在多 孔膜 表 面覆 盖一层 涂层 ， 通 常会增 加膜 的阻力 ； 涂 层 物质 还容 易漏 人膜 孔 ， 造 成孔 径 的减小 ， 因此 涂层 常
第 ４期
膜
科
学
与
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Ａｕ ｇ ．２ ０ １ ７
２ ０ １ ７年 ８ 月
Ｍ ＥⅣ田ＲＡＮＥ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥ ＣＨ Ｎ０Ｌ０ＧＹ
析 因设计研究聚 乙烯醇对聚偏氟 乙烯 多 孔膜 表 面 涂 层 改 性
李 笑笑 ， 张赞赞 ，党 杰 ， 杜润红
附其上［ ７ ］ ． 大多 数用 于制备 多 孔膜 的高 分子都 是 具有优 良化学稳 定性 的疏 水 高分 子 （ 如 聚偏氟 乙 烯） ， 容易 由于污染物 和膜面间 的疏水作用力 形成
污染． 膜 表 面 形 貌 如 粗 糙 度 对 膜 污 染 也 有 很 大 影 响［ ８ ］ ， 粗 糙 表 面 由 于 比 表 面 积 大 而 使 能 够 附 着 污 染物 的活性 位点多［ ９ － １ １ ］ ， 而 且 粗 糙 表 面 的 峰 谷 结 构是 一 种 藏 污 纳 垢 的 结 构 ， 嵌 入 到 膜 表 面 沟 壑 中 的 污染 物 很 难 用 水 力 或 化 学 清 洗 去 除［ １ 。 １ ． 当前 商 品化 低 压 多孔 膜 （ 即超 滤 和 微 滤 膜 ） 一 般 是 由传
物之 间的相互作用力 （ 如氢键力 、 静电力和范德华
力等 ） ， 亲 水 表 面 可 以 因其 和水 分 子 的 氢 键 作 用 而
在表面和本 体料 液 间形 成一层 水层 ， 由于污 染物
首 先 要 置 换 与 膜 表 面 亲 水 基 团 结 合 的水 分 子 ， 亲 水 表 面 不 易 受 到污 染 ［ ５ —１ ． 疏 水 性 的膜 表 面 与 水 分 子 间无 氢 键 作 用 ， 疏 水 溶 质 容 易 接 近 膜 表 面 并 吸
烯（ Ｐ ＶＤ Ｆ ） 多 孔膜 进 行 涂层 改 性 ， 采 用 析 因设 计 考
察 改性 过程 中各 影 响 因素 对 改 性 膜性 能 的影 响 ， 并 对 改性 前后 的膜 表面性 质 进行 了表 征．
．
第 一作者简介 ：李笑笑（ １ ９ ９ ０ 一 ） ， 女， 河北沧州人 ， 硕士研 究生 ， 研究方 向为膜改性．＊通讯 作者 ： Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｕ ｒ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ＠ｔ ｊ ｐ ｕ ．
但当前在应用过程 中一个最 突出的问题是膜 的污
染． 减 轻 膜 污染 的方 法 很 多 ， 根 本 的 方 法 还 是 开 发 耐 污染 的 膜 ， 尤 其 是 调 控 和 构 筑 膜 的 各 种 表 面 性 质口 ］ ． 膜 表 面化 学 性 质 如 亲水 性 决 定 表 面 和 污染
的 因素可 以采 用析 因设 计． 析 因设 计 是 一 种 安 排 多
因素实验的有效方法 ， 不仅可 以分析各个 因素对实 验结果是否有显著影响 ， 还可 以检验各 因素间交互
作 用 的大小 ， 是 一个 重要 的统计 学 方法 ， 已在很 多领 域 得 到 了应 用． 本文 对 常 用 的 水处 理 用 膜 聚偏 氟 乙
（ 天 津工 业 大学 分 离膜 与膜 过程 国家 重点 实验 室 ，天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ） 摘要 ： 采 用聚 乙烯 醇 （ Ｐ ＶＡ） 稀 水 溶液 对 聚偏 氟 乙烯 多孔膜 涂 层 改 性 ， 涂 层 通 过 固一气界 面反 应 在 多孔膜 上 固定化 ． 通 过析 因设 计探 讨 了改性 条件 （ 包括 Ｐ ＶＡ 分子 量 、 Ｐ ＶＡ 浓度 、 涂层时间
膜
科
学
与
Fra Baidu bibliotek
技
术
第 ３ ７ 卷
ｌ 买 验
１ ． １ 主 要材 料
杂质 ．
２ ） 涂层 ： 在 基 膜 上 粘 一 个玻 璃 圈 ， 形成 一 个 以
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ６ １ ５ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ７ — ８ ９ ２ ４ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ ０ ６
膜 分 离 技术 以其 能 耗 低 、 环境友好 、 产 品优 质 等特点已作为 一项先 进技术 用 于水处 理过 程 中，
收稿 日期 ：２ ０ １ ６ — １ ２ — ０ ６ ； 修改稿收到 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ２ — ２ ０ 基 金项 目：天津市 自然科学基金项 目（ １ ｌ Ｊ Ｃ ＹＢ Ｊ Ｃ ２ ６ ５ ０ ０ ）
ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
导致纯水通量显著下降 ， 有必要通过改进涂膜工艺 降低涂层的阻力． 分析涂膜过程 中影 响改性膜性能
统 的溶 致 相 分 离 法 制 备 的 ， 当 高 分 子 溶 液 接 触 非
溶剂时 ， 溶 剂 和非溶剂交 换 ， 高分 子析 出． 这 种双 扩散及 固化过程非常快 ， 尤其是膜表面部分 ， 由于 高分 子 的链 缠 结 ， 从溶 解态迅速进入凝聚态 时， 高 分子来不及重 排和取 向， 因 此 膜 通 常 具 有 一 个 粗 糙 的外表 面 ＿ １ ． 因此 ， 采 用 各 种方 法 提 高 膜 表 面 的
及 交联 时 间） 对 膜 的纯 水通量 和截 留率的影 响 ， 遴 选 出能 够使 涂 层 阻力较 小 的改性 条 件 ， 改 性
后膜表面亲抽 ｝ 生 和平整性均有所提 高． 关键 词 ： 析 因设 计 ； 膜 改性 ；界 面交联
中 图分 类号 ： ＴＱ０ ２ ８ ． ８ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ７ — ８ ９ ２ ４ （ ２ Ｏ １ ７ ） ０ ４ 一 ｏ ０ ３ ３ 一 Ｏ ５
亲 水 性 和平 整 性是 当前 研 究 的热 点 ［ １ 引 ． 涂 层法 可 以 同时 提 高 膜 表 面 的亲 水 性 和 平 整 性， 是一 种简 单 、 易行 、 有效 的表 面改性 方法 ． 但 在多 孔膜 表 面覆 盖一层 涂层 ， 通 常会增 加膜 的阻力 ； 涂 层 物质 还容 易漏 人膜 孔 ， 造 成孔 径 的减小 ， 因此 涂层 常