面向生物分离的聚醚砜超滤膜的连续制备工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hahahuang
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膜分离技术是近几十年新兴的一种低成本、高效率、环境友好的分离手段,广泛应用于水资源开发与利用、食品药品、医疗保健和电子工业等多个领域。聚醚砜(PES)是制备生物分离膜的常见材料,具有良好的热稳定性、机械性能和生物相容性,容易加工成各种形状。但是,通过单片式的浸没沉淀相转化法(NIPS)制备聚醚砜平板膜难以保证良好的重复性,而采用大型连续制膜机器进行工业化制膜时,各种生产条件的调控往往会伴随着较高的成本。为此,本论文将以聚醚砜平板膜的研发与生产工艺相结合,采用自制的连续小型刮膜机进行膜制备从而解决上述问题。本文以PES为制膜基础原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与甘油作为添加剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)与丙酮作为溶剂,分别改变原料或各种添加剂与溶剂的比例配制成铸膜液配方,并调节利用NIPS法连续制膜过程中的刮膜速度、凝固浴温度以及蒸发条件以制备聚醚砜超滤膜,结合扫描电子显微镜(SEM)表征膜内部微观结构并进行多种膜性能测试,以探究相对最佳配方比例与最适工艺条件。实验结果表明,铸膜液配方中各种物质的含量变化对铸膜液粘度、所制备膜的微观结构与性能都有较大影响。通过对比微观结构与性能,得出的相对最佳配方比例为:18%PES,12%PVP,5%甘油,丙酮/DMAc=0.2。该配方制备的超滤膜纯水通量为629.04 L·m-2·h-1·bar-1;截留率为52.16%;孔隙率为54.50%;平均孔径约为73.83 nm;泡点压力为0.62 MPa。在连续制膜过程中,例如刮膜速度,凝固浴温度,蒸发条件等工艺条件的变化对膜材料的结构与性能影响较大。使用上述相对最佳配方比例,探究出相对最适工艺条件为:0.90~1.35 m/min刮膜速度,30℃凝固浴,施加暖风空气流蒸发条件。与未调控工艺条件的膜相比,纯水通量提高至755.05 L·m-2·h-1·bar-1,截留率提高至70%,泡点压力提高至0.65 MPa,孔隙率提高至62.75%。对含有高挥发性溶剂的铸膜液在空气蒸发阶段施加温度与气流,即在溶剂诱导相转化法(NIPS)的基础上施加蒸汽诱导相转化法(VIPS)辅助制膜,达到了渗透性能与截留性能协同优化的效果。
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