聚醚砜醋酸纤维素共混膜的结构和性能改性研究

聚醚砜/醋酸纤维素共混膜的结构和性能改性研究膜分离过程的分离效率高、运行成本低,已广泛用于水处理行业。近年来,膜材料是膜分离过程的研究热点。

聚醚砜(PES)是一种聚砜类聚合物,作为最常用的相转化法制膜原料之一,因其良好的耐热性、耐化学性、机械性能、水解稳定性及生物相容性等优点,在膜分离材料的开发与应用领域引起了人们的关注。然而,聚醚砜膜存在亲水性能差,抗污染性能差等缺点,降低了膜的寿命,限制了膜在水处理等领域的应用。

醋酸纤维素具有优异的亲水性能,且价格低廉易得。本文采用添加共混的方式,制备聚醚砜/醋酸纤维素共混膜,可将两者的优点相结合,从而制备出性能优良、价格低廉的膜分离材料。

主要研究内容及结论如下:为提高PES膜的抗污染性和亲水性,以不同酯化度的醋酸纤维素(CA、CDA、CTA)为聚合物添加剂,PES为基膜材料,采用浸没沉淀相转化法制备一系列不对称结构的共混平板膜,采用SEM观察膜的微观形貌、ATR-FTIR对膜的基团进行表征,分析成膜过程中醋酸纤维素的质量分数和酯化

度对膜的力学性能、孔径、孔隙率、水接触角、纯水通量、BSA截留率、抗污染性的影响。结果表明,添加醋酸纤维素后,三种共混平板膜的拉伸强度、亲水性、纯水通量,抗污染性均比原膜提高,但断裂伸长率有所下降。

CDA的质量分数为2.8%时,共混平板膜的综合性能最好,此时膜的平均孔径为0.2517μm,最大孔径为0.2815μm,水接触角为68.06°,BSA截留率为85.44%,通量恢复率为60%,纯水通量为99.83L/(m~2·h),比纯PES原膜提高了5倍。与原膜相比,合理控制添加醋酸纤维素的质量分数和酯化度可以制备具有同时增强亲水性、分离性能和抗污染性的共混平板膜。

在第二章的实验结论基础上,以PES和CDA为聚合物原料,DMAc为溶剂,去离子水为凝固浴,制备出PES/CDA共混平板膜。研究铸膜液中添加的丙三醇质量分数和醇的种类对PES/CDA共混平板膜结构和性能的影响,表征了膜的微观形貌,测试了膜的力学性能、孔径、水接触角、纯水通量等性能。

结果表明:随着丙三醇质量分数增加,膜表面微孔数目增多且分布越来越均匀,膜截面的指状孔逐渐消失,开始出现圆状空腔结构。丙三醇作为添加剂时,质量分数为6.0%时综合性能最好,此时膜的平均孔径为0.2104μm,最大孔径为0.2230μm,纯水通量为134.51L/(m~2·h),水接触角为79.61°。

质量分数相同时,添加乙二醇所得膜的纯水通量最大,添加异丙醇所得膜的水接触角最小。