聚乙烯醇超滤膜的研究现状

聚乙烯醇超滤膜的研究现状

膜污染是影响超滤膜应用的主要障碍，耐污染超滤膜的制备已成为了当前膜研究的热点。文章介绍了性能优良的聚乙烯醇作为基膜的耐污染超滤膜的研究现状，其中主要介绍了有机改性聚乙烯醇超滤膜和无机改性聚乙烯醇超滤膜的研究。

标签：聚乙烯醇；超滤膜；有机改性；无机改性

超滤作为膜分离技术的重要组成，己经在多数领域得到应用，但其使用还是受到一定的限制[1]。膜污染是影响超滤膜应用的主要障碍，因而耐污染超滤膜的制备已成为了当前膜研究的热点。黄征青等[2]和李娜等[3]分别对膜污染的机理、解决膜污染的办法以及耐污染膜的研究现状进行了系统的分析，并指出对现有膜材料进行改性是解决膜污染的常用方法之一，即通过在膜材料上引入亲水性基团，从而减少膜对污染性物质的吸附。聚乙烯醇由聚乙酸乙烯酯经醇解反应而制得，是一种含有大量羟基的聚合物，具有高度的亲水性、较好的耐酸性、良好的生物相容性和化学稳定性，是一种颇具吸引力的膜材料，与其它膜材料相比，具有更好的抗蛋白污染性，因而聚乙烯醇作膜材料的研究备受人们关注[4-9]。但聚乙烯醇基膜易溶胀，不耐压，强度差、易蠕变，这就大大限制PV A膜的应用。要获取性能更优的PV A膜，必须对其进行改性。我国是聚乙烯醇生产大国，大力开发具有较好亲水性的聚乙烯醇作为基材的性能优异的超滤膜，这对我国在各个行业的发展具有较大的现实意义。

聚乙烯醇的改性通常是引入第二组份，即能与聚乙烯醇分子中的羟基形成共价键或氢键，使其转化成不溶于水的基团，进而提高膜的耐水性能，获得高强的聚乙烯醇超滤膜。由于引入的第二组分可是有机物或无机物，则可将聚乙烯醇的改性分为有机改性和无机改性。本文将从这两个方面讨论聚乙烯醇超滤膜的研究现状。

1 有机改性聚乙烯醇超滤膜的研究

有机改性聚乙烯醇超滤膜的基材为聚乙烯醇，引入的第二组分为有机物质。由于制膜方法的不同，可分为热处理聚乙烯醇超滤膜、交联聚乙烯醇超滤膜、接枝聚乙烯醇超滤膜和共混聚乙烯醇超滤膜。

1.1 热处理聚乙烯醇超滤膜。热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构，来控制其性能的一种热加工工艺。

热处理方法是聚乙烯醇超滤膜改性的一种常用方法，得到了广泛的研究。结果表明，在100℃对聚乙烯醇超滤膜进行了1小时的热处理，热处理的聚乙烯醇超滤膜的选择性、耐蛋白质污染性以及膜强度都得到了提高；在100℃-175℃的温度下对聚乙烯醇超滤膜进行了热处理，在此温度范围内伴有部分化学交联，热处理的聚乙烯醇超滤膜由于热处理膜中的结晶区域比化学交联点处脆性的缩醛

键有更好的支撑作用，因而具有更好的耐压性能。在120℃下对聚乙烯醇超滤膜热处理1-3小时，得到了压稳定性增强，膜通量降低的超滤膜[4]。

1.2 交联聚乙烯醇超滤膜。交联是指用交联剂使两个或者更多的分子分别偶联从而使这些分子结合在一起的过程。由于聚乙烯醇超滤膜在水溶液中的稳定性很差，通过交联可以增强其的耐水性能。交联剂的种类众多，其主要为醛类和酸类。戊二醛是使用最多的醛类交联剂。采用戊二醛作为交联剂，制备得到的交联聚乙烯醇超滤膜，对油的截留率可达90%以上，同时超滤膜的性能显著提高。酸类交联剂主要有草酸、柠檬酸、马来酸、硼酸等。有研究者研究了硼酸作为交联剂的聚乙烯醇超滤膜，研究表明，硼酸通过与聚乙烯醇分子中的羟基发生络合反应改善两者的相容性，得到较好的交联效果，获得了力学性能优良，结构稳定的超滤膜。

1.3 接枝聚乙烯醇超滤膜。接枝是指将具有某些性能的基团或聚合物支链接到膜上，在膜基体材料上生成接枝聚合物的过程。通过接枝可以改善聚乙烯超滤膜的耐水性能。有研究者对聚乙烯醇为基材，以己内酯为原料对聚乙烯醇基膜进行接枝处理，提高膜的机械强度和耐溶剂性能，得到了具有良好的亲水性和耐污染能力超滤膜，结果表明：随着时间的延长，接枝率增加；接枝膜的耐水性随着接枝率的增加而增大。

1.4 共混聚乙烯醇超滤膜。共混是指由聚合物和有机物以一定的方式混合，再以不同的成膜方法制备超滤膜的过程[10]。聚乙烯醇能与多种亲水性聚合物相容，通过共混改性，共混聚乙烯醇超滤膜结晶度降低，膜的耐水性以及渗透性得以提高。研究发现，能与聚乙烯醇共混制备超滤膜的物质较多，其主要有聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯等[11]。有研究者通過聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇共混制备共混聚乙烯醇超滤膜，用聚丙烯酸和聚乙烯醇共混制备共混聚乙烯醇超滤膜，结果表明，共混改性后的超滤膜亲水性得到提高，耐污染能力增强。

2 无机改性聚乙烯醇超滤膜的研究

无机改性聚乙烯醇超滤膜是以聚乙烯醇为基材，所引入的第二组分为无机物质，即在聚合物基体中引入了无机粒子，也称有机-无机聚乙烯醇超滤膜。近年来，由于无机改性聚乙烯醇超滤膜既具有无机膜的优点，又具有有机膜的特性，因而得到了广泛的应用。如在有机膜中引入无机质点，膜的机械强度得以增强，寿命增加，膜的亲水性能和耐污染能力都得到较大的改善。按无机离子引入方式，无机改性聚乙烯醇超滤膜的制备方法有共混法和溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法由于各种因素还在进一步探索中，本文主要介绍共混法制备的无机改性聚乙烯醇超滤膜。

共混是将有机聚合物和无机粒子以适当的方式混合，再以不同的成膜方法制备出杂化超滤膜。聚合物可以采取溶液形式、乳液形式、熔融形式等与无机粒子混和[10]。该方法的优点是具有较灵活的操作方式，其工艺比较简单；但是，也存在一定的缺点，如存在无机粒子分布不均匀、易团聚等问题，因此通常需要对无机粒子进行表面改性。姜云鹏等[12-14]用相转化法制备了聚乙烯醇/纳米二氧

化硅超滤膜，得到了水通量较高，机械强度强、抗污染能力较好的超滤膜，该膜既保留了聚乙烯醇的亲水性，又保留了二氧化硅纳米陶瓷材料的强度和韧性。此外，向铸膜液中加入金属盐也可以改善聚乙烯醇超滤膜的结构和性能。3 结束语

超滤膜在传统的分离领域经得到了广泛的应用。近年来，由于超滤膜具有处理污水能耗低、分离效率高、出水水质好、操作维护方便等特点，在环境工程中的应用也得到广泛的研究。但膜污染始终是超滤膜在实际应用中的障碍，具有高耐污染性能超滤膜的开发和应用仍然是目前研究和开发的热点。已有文献的研究结果表明，改性聚乙烯醇超滤膜具有优良的性能，已成为今后聚乙烯醇超滤膜制备领域的一个发展方向，但对于该领域的研究工作仍处于发展阶段，许多问题还有待于进一步的研究。

参考文献

[1]吴春金，李磊，焦真，等.耐污染超滤膜的研究进展及其在环境工程中的应用展望[J].水处理技术，2007，33（7）：1-5.

[2]黄征青，郭兴蓬.耐污染聚乙烯醇超滤膜的研究現状[J].膜科学与技术，2005，25（4）：56-59.

[3]李娜，刘忠洲，续曙光.耐污染-聚乙烯醇膜的研究进展[J].膜科学与技术，1999，19（3）：1-6.

[4]魏华，黄征青.聚乙烯醇为基材的超滤膜研究进展[J].膜科学与技术，2012，32（1）：116-121.

[5]魏华.PV A-Fe3O4杂化超滤膜的制备、结构与性能表征[M].武汉：湖北工业大学，2011.

[6]李爱民，吴春金，张龙，等.一种用于含油污水处理的聚乙烯醇复合膜的制备方法[P].中国发明专利，CN200710021959.3，2007.

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[8]高云静.PVDF中空纤维复合超滤膜制备及性能的研究[M].上海：华东理工大学：2012.

[9]张玉钟，李慧琴，李泓.一种亲水性多孔分离膜及其制备方法[P].中国发明专利，200510013564，2007.

[10]崔东胜，杨振生，王志英，李凭力.有机-无机杂化超滤膜的研究进展[J].水处理技术，2008，（10）：1-5.