高分子膜材料的改性

Karin Schroë n, Modification methods for poly(arylsulfone) membranes: A mini-review focusing
on surface modification, Desalination, 275 (2011) 1–9. [3] Qiang Shi,Jian-Qiang,Meng,Rui-SongXu,Xi-LanDu,Yu-FengZhang,Synthesis of hydrophilic polysulfone membranes having antifouling and boron adsorption properties via blending with an amphiphilic graft glycopolymer, Journal of Membrane Science 444(2013)50 –59. [4] Dong-Gyun Kim, Hyo Kang, Sungsoo Hanb, Jong-Chan Lee, The increase of antifouling properties of ultrafiltration membrane coated by star-shaped polymers, J. Mater. Chem.2012, 22, 8654–8661. [5] Guoliang Zhang, ShufeiLu, LiangZhang, QinMeng, ChongShen, JiweiZhang,Nove polysulfone hybrid ultrafiltration membrane prepared with TiO2-g-HEMA and its antifouling characteristics, Journal of Membrane Science 436 (2013) 163–173
当负载 MIL-101 的量为 24%时， 氧气的通 量是纯 PSF膜的 四倍
O2/N2 permeability and separation performance of pure PSF and MIL-101-PSF membranes with different MIL wt% loadings
Time dependence of water permeation flux variations during membrane filtration: (a) flux behavior during BSA solution filtration and (b) flux behavior after washing with H2O at 30 min and 60 min, and summary of corresponding flux property values (flux recovery ratio (FRR))
通过相转化沉淀将PSF膜包覆碳化钙形成胶囊，用水作为 反应物，在界面处产生乙炔气体，气体从胶囊内排出从而 形成推动力。设计了一种不同于传统用氢气或者氧气作为 无燃料自主推进的动力。
Martin Pumera*et.al. Chem. Commun. 2014, 50, 15849—15851.
反应产生的气体已经从胶囊中释放的气体，增加了胶囊的 浮力，使得胶囊一直浮在水面上，这也使得胶囊在水和空 气的界面上一直做平动。
通量的相对恢复率PSF膜最小，
PSF-g-PNMG3共混膜最大，超过 90%。这是因为膜表面葡萄糖甲胺 基团形成亲水性层。
Time-dependent flux (a) and the relative flux recovery rate (RFR) (b)(W:pure water flux, B:the PBS/BSA solution flux; 1,2,3 represent the times of cycles).
合成的聚合物在膜的表面会形成PEG层，PEG具有很好的亲水性，这 样会形成空间位阻，增加蛋白质与膜表面之间的结合力，从而阻止蛋
白质吸附在膜表面，合成的SPM15中PEG的含量比LPM17高，因而
SPM15的抗污染性最好。
混合物的组成
运用ATRP反应在纳米二氧化钛上接枝了亲水性的
聚合物HEMA。
Novel polysulfone hybrid ultrafiltration membrane prepared with TiO2-g-HEMA and its antifouling characteristics G.L. Zhang* et al. Journal of Membrane Science 436 (2013) 163–173
没有修饰的二氧化钛团聚较严重，颗粒很难分散，经过HEMA 修饰的二氧化钛没有发现大面积的团聚。
TEM micrographs of TiO2 nanoparticles dispersed in EtOH:TiO2 (a,b) and TiO2-g-HEMA (c,d)
Water flux recovery of the nanoparticles blended PSF membranes after BSA (a) and EPS (b) foulings
参考文献
[1]D. Rana and T. Matsuura, Surface Modifications for Antifouling Membranes, Chem. Rev. 2010, 110, 2448–2471. [2]Norhan Nady, Maurice C.R. Franssen, Han Zuilhof, Mohamed S. Mohy Eldin,Remko Boom,
混合物的组成
以OBPS为引发剂，溴化亚铜为催
化剂，运用ATRP法合成星状抗污
染性涂覆SPM材料。以EBIB为引 发剂合成线状LPM材料。
Dong-Gyun Kim,et.al* J. Mater. Chem, 2012, 22, 8654
聚砜原膜和涂覆不同材料的膜
相比，膜表面孔径减小。
SEM micrographs of the membrane surfaces: (a) PSf membrane,(b) SPM15-coated membrane, and (c) LPM17-coated membrane.
缺点
膜表面大量吸
附，造成膜的 污染很严重。
广泛应用于超滤、微滤、反渗透、气体 分离、血液透Βιβλιοθήκη Baidu等方面。
聚砜膜材料的改性
改性方法 主链功能化 等离子体处理 涂覆 两性亲水性聚合物共混 添加无机纳米粒子共混
The weight ratios of PSF: PSF-g-PNMG were 10:0, 9:1, 8:2 and 7:3. The obtained membranes are represented as PSF, PSFg-PNMG1, PSF-g-PNMG2, PSF-g- PNMG3, respect ively.
碳化钙胶囊的初始位置 16s内胶囊移动的位移
Tracking image for the path of a PSf–CaC2 capsule motor at (A) t = 0 s and (B) t = 16 s on the surface of water with 0.05% SDS. Translational motion was observed. Arrow indicates the initial position of the capsule motor. Scale bar indicates 1 cm.
聚砜膜材料的改性及应用
汇报人：郑
久
汉
Contents
1
聚砜膜材料简介 聚砜膜材料的改性 聚砜膜材料的应用 参考文献
2
3
4
聚砜膜材料简介
简写
PSF
分子式
良好的化学稳 定性、绝缘性、 耐热性、耐水 优点 性、尺寸稳定 性、成膜性好、 机械强度高。
聚砜膜材料的 疏水性能常 导致蛋白质在
聚砜 膜材料
应用
氮气和氧气的通量都随着负载MIL-101量的增加而增大，但是 对于氧气和氮气的选择率基本不变。
Depiction of (A) polymer encapsulation of the calcium carbidegranule and operation of the acetylene-powered capsule motor in water and (B) the reaction scheme of calcium carbide in aqueous media.
氯甲基化引入ATRP反应的活性位点 接枝环氧基团
环氧开环反应接枝两性亲水基 团氨基和羟基
Synthesis route of PSF-g-PNMG(n1, n2 are the number of repeat units of PSF and PGMA,respectively). Q. Shi et.al*.Journal of Membrane Science 444 (2013) 50–59.
Average speed profiles of the PSf–CaC2 capsule motor with Dt = 1 s. A total path length of 37 cm was travelled and the average speed was 2.3 cm s-1.
总的移动长度是37cm，平均反应速度是2.3 cm· s-1。在0~9s内移动速度在 2~4 cm· s-1之间，在9~16s内移动速度在1~2 cm· s-1之间，这是由于碳化钙 原料的消耗，从而导致生成的乙炔气体的量减少，推动力下降，故而速 度降低。
通过BSA和EPS抗污染性实验可知添加经过HEMA修 饰的二氧化钛的恢复率最好，最佳的添加量为2.0%。 当添加量为3.0%时，抗污染的恢复率下降，这是因为 纳米颗粒的聚集堵塞了膜孔。
聚砜膜材料的应用
MIL-101颗粒很好的分散在
膜的界面孔内，当负载量达 到24%时，MIL-101颗粒容 易形成聚集。
SEM cross-sections of MIL-101-PSF membranes based on400 mg of PSF with different loadings of MIL-101: (a) 8 wt%(d = 55 mm), (b) 16 wt% (d = 59 mm) and (c) 24 wt% (d = 60 mm);d is the average membrane thickness. Harold B. Tanh Jeazet* et.al, Chem. Commun., 2012, 48, 2140–2142.
PSF原膜接触角在两分钟内从90.6o 下降到87.2o ，共混PSF-gPNMG3膜接触角在15秒内从86o降低到29o ，接触角下降快速的 原因是由于含有高亲水性表面和多孔微观结构。
PSF-g-PNMG膜的纯水和BSA溶液的通 量比PSF膜的通量大，随着PSF-g-PNMG 的含量减少，通量也减少。这是因为随 着铸膜液中PSF-g-PNMG含量增加，膜 的孔径越大和膜裂缝的宽度增大。截留 BSA溶液后膜的通量都下降。
随着铸膜液中
PSF-g-PNMG的
比例增加，膜表 面孔的裂缝宽度
增加。
FESEM images(100,000)of top views of the membranes:PSF(a),PSF-g-PNMG1(b),PSF-gPNMG2 (c) and PSF-g-PNMG3(d).
WCA images of (a) a PSF membrane and (b) a PSF-g-PNMG3 membrane.
表面涂覆SPM15材料的膜通量下降比例和通量恢复率都
是最好的，表面涂覆SPM15材料的膜抗污染性最好。
Schematic illustration of fouling-resistant surfaces of (a) SPM15- and (b) LPM17-coated membranes.