亲水性膜的研究进展

亲水性膜的研究进展

亲水性膜的研究进展

文章标题：亲水性膜的研究进展

摘要：亲水性膜因其耐污染等性能，成为当前分离膜研究的热点之一。从疏水性材料亲水性改性和亲水性材料的角度出发，综述了亲水性分离膜的改性方法以及亲水性材料制备膜的优点。

关键词亲水性亲水性改性疏水性AdvancesonHydrophilicMembranes

1、概述

随着膜技术的发展，膜分离已经越来越广泛的应用于生产、生活的各个方面。但其在使用过程中易被污染问题逐渐受到人们的重视。常用于微滤和超滤的膜材料大多是疏水性的，如聚乙烯，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚砜等。它们有良好的热稳定性及耐化学腐蚀性。然而疏水性膜的缺点就是在使用过程中由于溶质吸附和孔堵塞而使得通量下降。

疏水性膜不被水润湿，为了让水透过膜必须进行材料表面改性，这些材料用于水过滤时必须对材料表面进行亲水化处理，而亲水化处理时引人的表面活性剂往往会影响它的一些使用，因此需要制备亲水性膜。

2、改性亲水性膜

膜性能与膜材料的性质密切相关，使用疏水性材料所制备的膜，

在使用时，水通量较低，在分离油／水体系(尤其是含蛋白质的溶液)时吸附污染严重，通量衰减很快，降低了膜的使用寿命，增加了操作费用，制约了其在膜分离领域的应用。因此，大部分进行改性。

2.1膜表面化学处理改性

化学改性是在疏水材料表面引人亲水性成分的化学改性方法。

Molly[1]通过两步化学改性在PVDF膜表面引入了羧基。即先使膜在含有相转移催化剂——四丁基溴化铵的NaOH溶液中脱HF，生成纳米级的超薄活性皮层，再用强氧化剂氯酸钾／硫酸氧化活性皮层中不饱和基团，改性过程在N2保护氛围中进行。XPS光谱及UV光谱分析表明，膜表面引入的极性基团为羧基。接触角测定表明，改性后膜表面的接触角较改性前降低了11°，膜表面的亲水性有较大改善。

Y．Nagase[2]等人为了改进聚砜的气体和液体的通透性，用聚合物反应引入PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为支链来修饰聚砜。这一类型的接枝共聚物应具有优异的成膜能力、热稳定性、机械强度和膜通透性。

刘贯一[3]利用氧化剂和表面活性剂对聚丙烯中空纤维膜表面进行亲水改性，提高了进行无泡充氧时中空纤维膜的耐压能力。找出了适宜的亲水改性处理剂。试验证明：聚己烯醇(PV A)是一种廉价、有效的表面亲水改性处理剂。

2.2膜表面接枝改性

刘锴[4]等人以二苯甲酮(BP)为光引发剂，丙烯酰胺(AAM)为接枝单体，以先用紫外光照射引发剂，然后将引发剂和单体分步输送到膜

上的方法对聚砜单内皮层中空纤维超滤膜的内表面进行接枝改性。实验表明，改性后膜的表面亲水性有所上升，膜孔径也有一定程度的减小

李晶[5]等利用γ射线共辐照技术在聚醚砜(PES)膜上接枝了甲基丙烯酸。通过改变甲基丙烯酸单体浓度，获得了具有不同接枝率的改性PES膜。研究结果表明，在单体浓度B．Kaeselev[6]等人用UV照射将3种亲水性单体光化学聚合分别接在聚醚砜和聚砜膜上，并比较此两种膜对光照聚合的敏感度。结果表明前者比后者易于接上侧链，且前者的亲水性强于后者。

2.3共混改性

共混改性是一种较为简单的改性方法，它是将一种亲水性的高聚物加入到铸膜液中共混以形成相对亲水的表面。与其他方法相比，这种方法所成膜最初的孔径及其分布易于保持，并且亲水性的成分能均匀地分布在膜的表面和中间。

宋艳秋[7]等以聚砜为基材，采用共混法，利用聚原酸酯－b‘－聚乙二醇嵌段共聚物中聚乙二醇段表面自由能高的特性，时材料表面进行改性。用扫描电子显微镜对表面微形态进行观察，以接触角评价材料表面的亲疏水性。研究结果表明，材料表面出现微观相分离结构，且因聚乙二醇段富集于表面，材料表面的亲水性得以提高。

3、亲水性膜

使用亲水性材料直接制备膜，省去了改性，而且改性后的膜可能给使用带来不便，因此，亲水性材料是当今研究的热点。

Yong等，使用亲水性聚合物乙烯乙烯醇共聚物，采用湿法和热致相分离法制备了一系列的膜，研究了膜的形态，并且用在各个方面。

Cha等[8]以聚乙二醇(PEG)为稀释剂制得尼龙12微孔膜。研究了PEG的分子量对微孔大小的影响，实时测定了相分离的平衡微区尺寸。淬冷深度为15℃，PEG分子量由200增加为600时，平均微区尺寸由10um增大到17.5um。

Matsuyama等[9]采用热致相分离法制备亲水性微孔膜，使用两种不同的共单元亲水性乙烯-丙烯酸共聚物。通过测量接触角确定这两

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种共聚物的亲水性，低密度聚乙烯作为一种参考聚合物。首先，作出三种聚合物体系的相图。随着共聚物中丙烯酸的增加，浊点线转移到高温，结晶温度线转移到低温。并且研究了膜结构并涉及最初的聚合物的浓度和冷却率。随着聚合物初始浓度和冷却率的增加，膜孔减小。熔融的聚合物中，在冷却产生聚合物浓度梯度之前，通过蒸发作用可获得具有小孔结构和上表面的表皮层。

郭行蓬等[10]采用两种羟基不同的乙烯乙烯醇共聚物，比较了两种羟基不同的EV AL和PEG相图的差异。在此基础上,以PEG为稀释剂,TIPS法制备了EV AL中空纤维膜。结果表明,纺丝时的冷却水浴温度、稀释剂的抽提温度以及EV AL含量对中空纤维的透气性有明显的影响。

M.E.Avramescu[11]用戊二醛或者环氧乙烷反应乙烯乙烯醇共聚物中乙烯醇链段中的羟基，产生牛血清蛋白的固化点，把EV AL微滤

膜进行功能化用于牛血清蛋白的分离，减少了非特异性吸附。

4结语

疏水性材料具有良好的热稳定性及耐化学腐蚀性。然而疏水性膜的缺点就是在使用过程中由于溶质吸附和孔堵塞而使得通量下降。亲水性膜有很多优点，目前大部分亲水性膜都是通过改性方法得到，但是这可能在使用过程中会带来不便。因此，应该直接使用亲水性材料制膜，这就需要发现和合成亲水性材料，使得制膜工艺简单化。

参考文献

[1]MoilyS，Shoichet，ThomasJ，eta1．1Jj．Macromolecules，199l，24：982~986.

[2]NagaseY，NaruseA，MatsuiK．Chemicalmodificationofpolysulfone．I．Synthesisofpolysulp hone/polydimethylsi－loxanegraftcopolymer．Polymer，1989，60：I931～1937.

[3]刘贯一，聚丙烯中空纤维膜表面亲水改性试验.河北理工学院学报，20xx，22(4):80～85

[4]刘锴，聚砜中空纤维超滤膜动态法表面光接枝改性.环境污染治理技术与设备,20xx,5(1):32～35.

[5]李晶，γ辐射接枝甲基丙烯酸改善聚醚砜膜亲水性的研究.辐射研究与辐射工艺学报,20xx,23(1):25～28.

[6]KaeselevB，PieracciJP，BelfortG．Photoinducedgraftingofultrafihrationmembranes：