0-羧甲基壳聚糖/聚砜中空纤维复合纳滤膜的制备与性能研究

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纳滤(Nanofiltratrtion,NF)是一种压力驱动的新兴液体膜分离技术,其分离特性界于反渗透(RO)和超滤(UF)之间。纳滤膜不仅具有纳米级孔径,而且纳滤膜表面具有荷电性,能够拦截分子量界于200-1000Da的各类纳米级颗粒物(如小分子有机物、细菌和病毒等),同时对水体中无机盐有较高的截留效果。在纳滤过程中分离和传质是通过不同的机制控制的,包括对流、扩散(筛分)、吸附和电荷效应(如道南效应Donnan Effect)等,因此NF过程提供了超过现有技术的诸多优势。近年来纳滤技术获得了显著的关注和迅猛的发展,被广泛应用于食品、医药和化工的领域。目前,市场上的纳滤膜组件形式以卷式为主,商品化的纳滤膜材料多为聚酰胺类(芳香聚酰胺和聚哌嗪酰胺)。近年来,由于中空纤维膜组件具有填充密度高,单位膜组件体积膜面积大,不需要进料与渗透隔网,对于预处理和维护的要求比卷式膜低,因此许多研究人员将焦点转向中空纤维形式纳滤膜的研究开发。壳聚糖不仅有很好的生物降解性、通透性、成膜性,还有一定的抑菌性;O-羧甲基壳聚糖(O-CMC)一种壳聚糖的水溶性衍生物,在溶液中是一种两性电解质,具有抗癌作用,已被应用于各种分离膜的制备。本研究利用壳聚糖,合成了一种具有良好成膜性的两性壳聚糖衍生物(O-CMC),并通过傅里叶红外光谱仪和羧化度测定对其进行了表征,实验证明成功用接枝反应合成了O-CMC,其羧化度D.D.为0.82。以自制的两性O-CMC为活性材料,环氧氯丙烷为交联剂,通过涂覆-交联的方法,将活性材料交联于聚砜中空纤维超滤膜表面,制备了一种两性O-羧甲基壳聚糖/聚砜中空纤维复合纳滤膜。研究了复合纳滤膜的分离性能的与膜制备工艺之间的关系;研究了操作条件对复合纳滤膜分离性能的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱仪等仪器设备,对制备的复合纳滤膜结构特征进行研究了;最后对复合膜的特性,如截留分子量、Zeta电位、接触角、稳定性进行了分析。实验结果表明:复合纳滤膜表面经过交联反应成功将O-羧甲基壳聚糖复合于聚砜超滤膜表面;浸涂时间、交联剂浓度、铸膜液浓度、反应温度和反应时间都对复合膜分离性能有影响,膜制备工艺条件控制:浸涂时间为20min、铸膜液浓度为3.0wt.%、交联剂浓度为2.0vol%、交联反应温度为50℃、交联时间为8h;所制备的复合纳滤膜对不同无机盐截留率的顺序如下:Na2SO4> NaCl>MgSO4>MgCl2,而不同无机盐溶液的通量相差不大;复合纳滤膜的膜表面粗糙度由34.6nm降到4.6nm;用电镜可以明显看出复合膜的复合结构;所制备的复合纳滤膜截留分子量为727Da,Zeta电位为-10.03mv,复合膜整体荷负电,接触角降低(由72.35°降到46.03°),经试验表征复合纳滤膜的稳定性一般。
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