基于PEG双亲性共聚物改性的聚醚砜微滤膜制备、表征与性能研究

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聚醚砜(PES)微滤膜由于其优异的机械强度、热稳定性等已得到广泛的应用,但聚醚砜相对疏水的特性导致这种膜材料在使用过程中易结垢,影响微滤膜的纯水通量。对PES微滤膜进行表面改性以提高其表面亲水性已成为当下研究的主流,其中,高度亲水的聚乙二醇(PEG)受到了广泛的关注。本文设计合成了两种新型基于PEG链段的双亲性共聚物,讨论合成过程;而后将它们作为聚合物添加剂改性PES微滤膜,研究了两种聚合物添加剂对PES共混微滤膜形貌、亲水性、抗污染性、机械性能以及分离金属上的影响。具体研究内容如下:(1)合成了含甲基丙烯酰胺的RAFT反应单体苯并-18-冠-6-甲基丙烯酰胺(B18C6Am)、含甲基丙烯酸的RAFT反应单体硫辛酸-2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯(LAHEMA),以聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)为单体,二硫代苯甲酸2-苯基丙-2-基酯(CDB)为链转移剂,通过RAFT聚合得到大分子链转移剂PPEGMA-CDB,然后以它们为原料合成了两种不同嵌段比的双亲性嵌段共聚物poly(PPEGMA20-LAHEMA10-B 1 8C6Am10)和 poly(PPEGMA20-LAHEMA15-B18C6Am20)),分别简写为PELB1和PELB2。RAFT反应单体、大分子链转移剂和嵌段共聚物通过核磁共振(1HNMR)和红外(FTIR)等进行表征。通过透射电子显微镜(TEM)和紫外可见分光光度计(UV-vis)研究了两种双亲性嵌段共聚物的自组装和对K+的响应。为了得到各种性能更加均衡的PES共混微滤膜,选用PELB1作为聚合物添加剂,通过浸没沉淀相转化法制备PES/PELB共混微滤膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、视频光学接触角测量仪、死端过滤器、电导率仪和万能试验机等分析方法研究了聚合物添加剂PELB1对PES共混微滤膜的表面形貌、孔隙率、接触角、纯水通量、牛血清白蛋白(BSA)截留、抗污染性、K+吸附以及机械性能的影响。测试结果表明,添加双亲性嵌段共聚物PELB1后,PES共混膜的接触角显著降低,膜的孔隙率和孔径明显变大,这增加了共混微滤膜的纯水通量、抗污染性能。同时,与纯PES膜相比,PES共混微滤膜还具有较好的K+吸附和机械强度。这说明双亲性嵌段共聚物PELB1作为聚合物添加剂可以很好的改善PES微滤膜的亲水性,并为开发具有更好抗BSA污染性能和去除K+功能的PES微滤膜提供了新的思路。(2)以PEGMA、LAHEMA和甲基丙烯酸-4-甲酰基苯酯(HAMA)为单体,CDB为链转移剂,通过调整各单体投料摩尔比,采用RAFT聚合得到了三种配比不同的双亲性无规共聚物,命名为poly(PEGMA3-LAHEMA18-HAMA18),poly(PEGMA7-LAHEMA18-HAMA18),poly(PEGMA18-LAHEMA18-HAMA18)简写为PELH1,PELH2和PELH3。然后将它们作为聚合物添加剂共混改性PES微滤膜。研究结果表明,与纯的PES膜相比,PES/PELH共混微滤膜的纯水通量、抗污染性能、机械性能以及金纳米颗粒的截留性都显著提高。这说明双亲性聚合物PELH可以同时提高PES微滤膜的亲水性和机械性能,并赋予PES膜去除金纳米颗粒的性能。
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