聚砜类分离膜的研究进展

聚砜类分离膜的研究进展

黄恒梅1，王孝军1，杨彬1，陈广玲1，杨杰1,2，李光宪1

（1. 四川大学高分子科学与工程学院，四川成都610065；2. 四川大学材料科学技术研究所，

四川成都610064）

Research advance of polysulfone membrane

HANG Heng-mei1, WANG Xiao-jun1, YANG Bin1, CHEN Guang-ling1, YANG Jie1,2, LI

Guang-xian1

(1. College of polymer science and engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China；

2. Institute of Materials Science & Technology Sichuan University, Chengdu 610064, China) Abstract：PSF material is a kind of membrane materials with excellent properties and is widely used in membrane separation. Research advances of PSF membrane of membrane materials, preparation methods and membrane applications are introduced in the paper. An outlook for PSF membrane research and applications also is given.

Key words：polysulfone；membrane；preparation；modification；advances

摘要：聚砜类材料作为一类性能优异的膜材料近年来被广泛应用于膜分离过程。本文从膜材料、制备方法和膜应用3方面阐述了聚砜类分离膜的国内外最新研究进展及应用领域的发展现状，并对聚砜类分离膜的前景做了展望。

关键词：聚砜；分离膜；制备；改性；进展

中图分类号：TQ028.8;TQ423.2 文献标识码：A

文章编号：1001-9731（2004）增刊

1 引言

膜分离技术是一门新兴的高新技术，因分离效率高、能量消耗低等特点，已经广泛应用于电力、电子、化工、食品、医药、生物、饮料和环保领域等。分离膜是这一技术的核心，膜材料、制备技术是研究的重点。膜材料的发展很快，总体上分为两类：一是高分子分离膜材料，包括有纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、乙烯类聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物、甲壳素类等；二是无机膜材料，包括致密金属材料和氧化物电解质材料、多孔材料等。

聚砜类材料是应用得很多的一类膜材料，是膜材料研究的热点。聚砜类树脂是一类在主链上含有砜基和芳环的高分子化合物，主要有双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚砜等。从结构上可以看出，砜基的两边都有苯环形成共轭体系，由于硫原子处于最高氧化状态，加之砜基两边高度共轭，所以这类树脂具有优良的抗氧化性、热稳定性和高温熔融稳定性。此外聚砜类材料还具有优良的机械性能、电性能、透明性和食品卫生性。

不同的膜有不同制备技术，目前大多数工业应用中还是以有机高分子非对称膜为主，主要包括两类：相转化膜和复合膜。相转化膜的制备方法主要有溶剂蒸发法、水蒸气吸入法、热凝胶法、沉浸凝胶法等；复合膜的制备方法主要有高分子溶液涂敷、界面缩聚、原位聚合、等离子体聚合等[1,2]。

2 聚砜类膜材料及膜的改性

尽管聚砜类膜材料有着突出的分离性能，但在性能上还存在不足，如抗污染性差、对某些有机溶剂的抗溶剂性不理想等。这些问题可通过对材料及膜的改性得以解决。常用的方法有：共混改性、表面改性以及通过合成制备新型树脂。

2.1 共混改性

共混改性具有可操作性强、成本低、材料选择范围广、可调节参数多等优点，已被广泛

应用于聚合物改性领域。通过改变不同的合金体系、制备的分离膜的抗污染性能、选择性、通透量、膜阻力、结构形态、机械强度等也随之变化。通过实验确定各个参数的最佳组合，可以制得性能更优或者具有某些新性能的分离膜，因此共混改性正成为膜材料改性研究热点[3~9]。

陆晓峰等[10]对超滤膜的吸附污染研究表明：与其它膜材料相比，聚砜类分离膜接触角比较大，而受污染程度随接触角的增大而增加。通过共混的方法得到聚砜类合金分离膜可以综合两种聚合物原有的优异性能，并减小分离膜的接触角从而可以改善聚砜类材料的抗污染的能力。

1977年，M.Xavier首先将PSF与SPSF共制备了PSF合金膜。我国20世纪90年代初也开始PSF合金膜的研制，陆晓峰等对PSF类合金膜的成膜特性、共混体系相容性与膜的分离特性关系、膜形貌结构及孔径大小、分布的表征等进行了探讨[11]。

Hu,Keyan等[12]利用磺化聚苯硫醚（SPPS）/聚醚砜（PES）制备了异相离子交换膜，研究了SPPS的粒度和含量与膜的性能之间的关系。实验表明，通过调节这两个参数可获得通透量大、选择性高、水分含量适当的异相离子交换膜。

Wilhelm, F.G.等[13]利用磺化聚醚醚酮（S-PEEK）与PES合金作为膜材料，通过调整合金中一定磺化度的S-PEEK含量和改变磺化度制备了两个系列膜。当S-PEEK含量低于40%(质量分数)时，观察到离子交换官能度的渗滤临界值现象；离子交换容量（IEC）测试表明，并非合金中的所有官能团都起到离子交换作用；当S-PEEK含量在50%~80%之间时，随着IEC 的增加，离子通透量和共离子迁移数也增加，这是因为IEC增加，水分含量增加，每个固定电荷对应的水分子数增加。

Kapantaidakis等[14,15]用干/湿纺丝工艺制备了一系列组成比不同的PES/PI（聚酰亚胺）合金中空纤维分离膜。SEM对膜的形态结构测试显示，这一系列膜都具有一层致密层和精细