聚醚砜超滤膜的制备与优化

%
%
s L# m- 2 # h- 1
1
13
10
15
10
225. 4
2
13
15
10
5
183. 9
3
13
20
12
30
92. 4
4
14
10
12
5
224. 4
5
14
15
15
30
148. 8
பைடு நூலகம்
6
14
20
10
10
96. 1
7
15
10
10
30
160. 0
8
15
15
12
10
142. 0
9 rⅠ rⅡ rⅢ 极差
15 501. 7 469. 3 360. 9 140. 8
算膜的水通量 Jv。
J v = V /(A # t)
( 1)
式中:
J v ) ) ) 膜的渗透通量, L# m - 2 # h- 1;
V) ) ) 透过液体积, m3;
A ) ) ) 膜有效面积, m2;
t) ) ) 渗透时间, h。
2. 4. 2 膜的截留率 膜的截留率表示膜对溶液中某种溶质的截留能
杨艳红 , 刘金盾 , 张浩勤 , 方文骥
(郑州大学 化工学院 , 河南 郑州 450002)
摘 要: 为了给复合膜制备提供理想的支撑基膜, 采用 L - S 相转化 法制备 聚醚砜 超滤膜。通 过正交 实验设 计, 系
统研究了各种因素对聚醚砜超滤 膜性能的影响, 并采 用回归 分析得 到了模 型方程。结 果表明: 所制 备的聚 醚砜超 滤膜的水通量为 246. 9 L# m - 2# h- 1 (操作压力 0. 1M Pa), 该膜对浓度为 500 mg /L 的聚乙烯醇 ( PVA 80 000)截留 率达 95% 以上。
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河南化工 H ENAN CHEM ICA L INDUSTRY
2005年 第 22卷
1. 气瓶 2. 截止阀 3. 减压阀 4. 稳压阀 5. 膜组件
图 1 膜性能表征装置
厂; 紫外分光光度计, UV2450, 日本岛津公司; 孔径
分析仪, NOVA 2000E, 美国 Quantachrom e公司。
杯式超滤器, 自制; 膜性能表征装置, 如下页图 1所示; 真空干燥箱, DZF - 1型, 上海跃进医疗器械
收稿日期: 2005- 03- 09 基金项目: 河南省杰出人才创新基金 ( 0521001400) 作者简介: 杨艳红 ( 1980- ) , 女, 研究生, 从事传质与膜分离的研究。联系人: 刘金盾, 电话: ( 0371) 63887315。
2. 4. 3 膜的孔径分布及孔隙率
采用 NOVA 2000E 孔径分析仪测定膜的孔径及 孔径分布。
3 结果与讨论
3. 1 正交实验设计
实验考察的主要影响因素有 铸膜液中聚醚砜
( PES ) 浓 度、聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ( PVP ) 的 浓 度、
PEG 400 的浓 度以 及 蒸 发 时 间。 对 上 述每 个 因 素 各
L - S相转化法 [ 3- 7] 来制备聚醚砜超滤膜, 实验采用 正交设计方法, 研究各种因素的影响规律。
2 实验
2. 1 原料与试剂 聚醚砜, BASF 提供; N - 甲基 - 2- 吡 咯烷酮,
化学纯, 广东汕头西陇化工厂; 聚乙烯基吡咯烷酮 ( PVP ) , 分子量 10 000 ~ 70 000, 分析纯, 广东汕头 西陇化工厂; 聚乙二醇 ( PEG ), 分子量 400, 化学纯, 天津科密欧化学试剂开发中心; 聚乙烯醇, 平均分子 量 80 000, 分析纯, 湘中地质实验研究所。 2. 2 实验仪器
Abstract: An ideal po lyethersu lfone ( PES ) u ltrafiltrat ion m em brane used as the support of com posite
m em brane is prepared by using L - S phase transfer m ethod. T he factors inf luenc ing the perform ance o f
3. 3 模型方程
为了能够定量分析各个因素的影响, 本文采用
SPSS软件对正交实验结果进行处理。如果考察 m
个因素, 拟合方程采用二次型形式, 目标函数为:
m
mm
E E E Jv = b0 + bi xi +
bijxixj
( 3)
i= 1
i= 1 j= 1
式中: b0, 常数项; bi, 一次项系数; bij, 二次项系
PES are system atically studied by orthogonal experim ents and a m odel equation is established by reg res-
sion analysis. The resu lts show tha,t the pure w ater flux of polyethersulfone u ltrafiltrat ion m embrane is 246. 9 L# m- 2 # h- 1 ( under operating pressure 0. 1 M Pa) and the rate o f retention to polyv iny l alcoho l
取 3个水平。正交实验设计方案及相应的实验结果 见表 1。考虑到我们所研究的聚醚砜超滤膜将作为
复合镶嵌膜的基膜, 而复合镶嵌膜的性能又取决于
界面聚合复合层的性质, 所以, 在此仅以水通量作为
聚醚砜超滤膜的考察目标来进行数据处理。
表 1 正交实验结果
编号
PES PV P PEG 400 时间 水通量
%
1 前言
采用界面聚合方法制备复合膜, 通常需要性能 良好的基膜。基膜起支撑作用, 应具有适当孔密度、 孔径和孔径分布, 并有良好的耐压密性和物化稳定 性。工业上常用的支撑膜多为聚砜超滤膜。由于聚
砜材料的耐候性、耐紫外线性能较差, 耐有机溶剂性 能也不太好, 因而在制备复合膜时, 溶剂的选择受到 一定的限制。以界面缩聚法制备聚芳酯复合纳滤膜 为目的, 梁雪梅等 [ 1] 曾经制备了聚醚砜 ( PES)基膜, 研究结果表明, 膜的纯水通量偏低, 导致界面聚合后 复合膜的通量也比较小。因此, 选用其他材料来制 备支撑膜仍需做进一步的研究。为此, 本文旨在为 制备复合荷电镶嵌膜提供理想的支撑基膜 [ 2] , 采用
20 609. 8 474. 7 247. 4 362. 4
15 440. 0 458. 8 433. 1 25. 7
5 467. 2 463. 5 401. 2 66. 0
58. 9
3. 2 结果分析
由表 1可以看出, PVP 对膜的水通量影响最大,
其次是 PES, 再次为蒸发时间, PEG400对其影响最 小。随着 PVP、PES用量的增大, 膜水通量逐渐减
小, 这是因为当 PVP、PES 用量增大时, 铸膜液的粘
度增大, 形成的膜孔径变小, 因而膜的通量减小; 溶 剂在空气中的蒸发时间越长, 膜的通量越小, 这是因
为溶剂的蒸发时间越长, 溶剂挥发得越多, 膜的表面
越致 密, 膜的 水通量 因而越小; 当 PEG400 含 量为 12% 时, 膜的水通量最大。
第 5期
杨艳红等: 聚醚砜超滤膜的制备与优化
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国家火 炬项目 高科技环 保型
开 微生物法丙烯酰胺 ( AM )
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究
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聚醚砜超滤膜的制备与优化
12% , 停留时间 5 s进行实验, 聚醚砜基膜水通量为 246. 9 L # m2 # h- 1 ( 操作压力 0. 1 MP a), 对浓度为
500 m g /L 的聚乙烯醇截留率达 95% 以上。实验结
- 0. 350 - 0. 900 1. 106 - 0. 182 - 1. 132
1. 561 - 3. 496 - 8. 998 0. 600 - 1. 823 - 0. 614
0. 216 0. 040 0. 003 0. 591 0. 166 0. 583
注: x1, PES 浓 度; x2, PV P 浓 度; x 3, PEG 400浓 度; x4, 蒸 发时间; Jv, 膜的渗透通量。
入去离子水凝胶浴中成膜。在水中浸泡一段时间, 使得溶剂与非溶剂膜充分交换之后, 即可进行膜性
能表征。
2. 4 表征方法 2. 4. 1 膜的水通量
用去离子水将膜洗净, 装入杯式超滤器。首先,
在 0. 2M Pa下将膜预压 30 m in, 然后, 在 0. 1 MP a下 测定一定时间内透过膜的水的体积量。按式 ( 1) 计
数。
第 5期
杨艳红等: 聚醚砜超滤膜的制备与优化
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用逐步回归法 ( B ackw ard) 进行数学拟合, 回归 分析得到数学模型, 模型拟合结果如表 2~ 4所示。
表 2 模型一般统计量
R
R2
校正 R
标准差
0. 9853
0. 970
0. 920
表 3 方差分析
16. 4
方差来源 方差 自由度 均方
表 2显示模型的相关系数 R = 0. 9853, 表 3 表
明 F 检验的显著性水平值为 0. 017, 这些都表明该
模型整体拟合效果显著。
在表 4中, 非标准回归系数用于建立回归方程; 标准回归系数用于判断各个因素影响的大小, 标准
回归系数的绝对值越大, 表明该因素 的影响越大。
后两列为 t 检验数值和各因素的显著性水平假设。 由非标准回归系数可得此模型的回归方程为:
YANG Yan- hong , LIU Jin - dun , ZHANG H ao- q in , FANG W en- ji
( Inst itute o f Chem ical Eng ineering , Zhengzhou Un iversity , Zhengzhou 450002 , Ch ina)
力, 根据式 ( 2) 计算:
R = ( 1 - cp / cf ) @ 100%
( 2)
式中:
R ) ) ) 膜的截留率, % ;
cp ) ) ) 渗透液中溶质的浓度, m o l/L; cf ) ) ) 原料液中溶质的浓度, m ol /L 。 本文采用紫外分光光度计测定聚乙烯醇 ( PVA
80 000) 的浓度, 计算膜的截留率。
回归平方和 26029. 8 5
残差平方和 811. 0
3
合计 27020. 5 8
5241. 9 270. 3
表 4 回归系数
F 显著性水平 19. 4 0. 017
项目 非标准回归系数 标准回 归系数 t 显著性水平
常数 x1 x2 x3 x4 x 3x3
495. 212 - 23. 467 - 12. 080 29. 484 - 0. 925 - 1. 198
J v = 495. 21- 23. 467x1 - 12. 080x2 - 0. 925x4 +
29. 484x3 - 1. 198x 3x3
( 4)
由方程 ( 4) 可以定量地确 定各因素的影响, 膜
水通量最大时, x 3 = 12. 30。
3. 4 结果检验
根据上述分析, 取 PES 13% 、PVP 10% 、PEG400
2. 3 膜制备方法 将聚醚砜 PES、N - 甲 基 - 2 - 吡咯 烷酮、聚乙
烯基吡咯烷酮和聚乙二醇等按一定的比例混合, 配
制均一、稳定的铸膜液。将配制的铸膜液用滤布过
滤, 然后置于真空干燥箱中真空脱气。温度 25 e , 控制空气相对湿度 45% ~ 55% , 将铸膜液流涎成厚
度为 250 Lm 薄膜, 在空气中滞留一定时间, 随之浸
solution ( PVA 80 000) o f concentration 500 m g / L reaches m ore than 95% .
K ey w ord s: po lyethersulfone ; ultraf iltrat ion m em brane; preparation ; w ater flux
关键词: 聚醚砜 ; 超滤膜 ; 制备 ; 水通量
中图分类号: TQ028. 8
文献标识码: A
文章编号: 1003- 3467( 2005) 05- 0013- 03
Preparation and Optim ization of P olyethersulfone U ltrafiltration M embrane