PES微孔膜的制备及膜反应器在废水处理中的应用研究_0

2 聚醚砜膜的制备及表征

聚醚砜（PES）是一种性能优越的工程塑料，其玻璃化温度高达225℃，具有优良的耐热水和耐高温水蒸汽的性能。它在130-140℃的热水和水蒸汽中，结构不会受到破坏，只是当温度高过150℃以上时，才会产生形变和性能劣化。PES具有优良的力学性能，耐碱、耐压力、耐腐蚀以及优越的血液相容性等性能，是一种优良的微孔膜制备材料。这种材料能溶于二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等多种极性溶剂中配制成聚合物溶液，非常适合浸没沉淀相转化法制膜。

溶液相转化法制膜的机理是利用溶剂/非溶剂相互扩散引起聚合物沉淀，此方法制备条件简单、工艺可变性强、制备的膜形态结构多样，但结构难控制，强度低、重复性差，成品率低。针对这些存在的问题，弄清楚每一个工艺条件对膜结构的贡献是很有必要的，这为在实际的制膜过程中做到膜的结构可控奠定基础。本章以改善膜结构，提高膜的水通量及抗污染性能为目的，调整制膜液配方、优化工艺条件，以期制备出性能优异的适合用于废水处理工艺中的微滤膜。

2.1 试验原料及方法

2.1.1 试验原料

试验中所用的材料和试剂见表2.1。

表2.1 试验中材料及试剂

名称型号/级别产地

聚醚砜（PES）分子量约4.5万长春吉大高新材料有限责任公司粉料磺化聚醚砜（SPES）磺化度5.2% 长春吉大高新材料有限责任公司粉料磺化聚醚砜（SPES）磺化度16.8% 长春吉大高新材料有限责任公司粉料N, N-二甲基乙酰胺（DMAc）C.P 上海三爱思试剂有限公司

聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30） A.R 中国医药（集团）上海化学试剂公司无水乙醇 A.R 杭州长征化工厂

丙酮 A.R 杭州化学试剂有限公司

正己烷 A.R 杭州炼油厂

磷酸二氢钾 A.R 湖州湖试化学试剂有限公司

磷酸氢二钠 A.R 湖州湖试化学试剂有限公司

牛血清蛋白（BSA） A.R 华美生物工程公司

纳米TiO2金红石型，30nm 杭州大洋纳米技术有限公司

2.1.2 试验仪器

刮刀自制

场发射扫描电镜（FEI，SIRion200）荷兰

表面接触角测量仪（Dataphysics，OCA 20）德国

转靶多晶体X-射线衍射仪( Rigaku，D/max-rA) 日本

红外光谱仪(Bruker Vector22) 德国

电子拉力机(AG-1) 日本

杯式超滤器(SCM-300) 中科院上海应用物理所

水通量测定装置自制

光学显微镜( 6XB-PC ) 上海光学仪器厂

2.1.3 制膜方法及装置

2.1.

3.1制膜液的配制

将一定比例的聚合物（聚醚砜PES或聚醚砜共混物BSEP）、添加剂和溶剂在45℃左右于烧瓶中充分搅拌，至完全溶解，溶液保持澄清，时间一般为48h。将上述配制的溶液用布氏漏斗过滤，然后在100kPa下进行真空脱泡数小时，静置待用。

聚醚砜共混物（BSEP）是指聚醚砜（PES）和磺化聚醚砜（SPES）的共混物，制膜液中聚醚砜和磺化聚醚砜的质量比为100/0-70/30。有机溶剂为N, N-二甲基乙酰胺（DMAc）。添加剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP），水或纳米二氧化钛（TiO2）。PVP为PVP（K30），分子量为30,000，加入量为1-20 wt%。纳米TiO2为金红石型，加入量为0.1-0.7 wt%。

2.1.

3.2 制膜方法

2.1.

3.2.1平板聚醚砜均质微孔膜的制备

平板PES均质微孔膜用自制刮刀在玻璃板上制备而成。按一定比例进行制膜液的配制，将配制好的制膜液于25-30°C恒温静置脱泡2-3天。然后进行刮膜，用一定厚度刀口的刮刀将制膜液在玻璃板上刮制成一定厚度的液膜，在空气中静置一定的时间（5s-10min）后，浸入温度恒定的凝固浴中，PES溶液膜很快凝固成膜，10min后，将PES膜从凝固浴中取出浸入去离子水中，放置5-7天。对于膜的后处理，采用溶剂置换法，将浸泡于水中的膜取出浸泡到无水乙醇中24h，取出后在正己烷中浸泡24h，

然后在空气中自然晾干[96, 209, 210]。

2.1.

3.2.2平板PES 复合微孔膜的制备

先将支撑层（聚酯无纺布，厚度为115-125 μm ）在复合刮膜机上装好，用塞规调

刀口厚度为150-200μm ，调节线速控制仪使走布速度为1.3-1.5 m/min 。将制膜液倒进

料槽中，然后开动线速控制仪，线速控制仪启动转轴，使支撑层前进，于是制膜液涂

刮在支撑层上，涂覆有制膜液的支撑体在空气中曝露时间为5s ，随后浸入凝固浴水中，

制膜液很快凝固成膜。将刮好的复合膜在超滤水中浸泡5-7天，使溶剂和非溶剂充分

交换，然后取出进行后处理，得到最终成品。凝固浴为超滤水，温度控制为26-28℃。

制膜工艺示意图见图2.1。

图2.1 PES 平板复合膜刮膜工艺示意图

2.1.

3.3 膜的后处理

用于膜结构形态研究的膜后处理方法是乙醇浸泡24h ，正己烷浸泡24h ，自然晾

干。用于水通量的测定和水处理的膜后处理方法是将微孔复合膜浸泡到15-20%（v/v ）

的甘油水溶液中20-24 h 进行亲水化处理，然后自然晾干。

2.1.4 膜结构和性能的表征

2.1.4.1 水通量的测定

制备的PES 膜在去离子水中浸泡5-7天后（没有经过溶剂置换法处理膜），剪取

直径为4cm 的圆形膜片，放入过滤器中，该膜首先在150kPa 下预压30min 直至水通

量基本稳定，然后在100kPa 下测量。每个样品测量三次，取平均值。图2.2为测量装

置示意图。水通量的计算如下：

t

S V J ×= J ：100kPa 下膜的水通量（L/m 2.h ），V ：t 时间内透过膜的水的体积（L ），S ：水