基于逆向热致相分离法制备聚醚砜膜及其表面亲水改性研究

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鉴于聚醚砜(PES)膜具有强疏水性,胶体和有机物等大分子物质在工程应用中容易在发生膜表面的沉积和膜孔内的吸附作用,导致膜污染问题频发增加了工程应用成本。一般来说,膜的亲水性的提高能有效提高膜的抗污染性,因此本课题通过结合新兴的RTIPS制膜方法和表面改性方法的联用来达到优化结构性能和改善疏水特性的目的,进而达到降低膜分离技术在工程应用中成本的目标。基于逆向热致相分离(RTIPS)法制备聚醚砜(PES)膜,然后通过分层组装(LBL)方法在膜表面形成金属多酚网络(MPNs)涂层,使膜具有优异的结构和透气性。通过Fe3+与单宁酸(TA)的配位反应生成MPNs涂层,该配位反应受Fe3+浓度和反应时间的影响。针对改性后的膜进行多方面的性能表征,扫描电镜(SEM)分析结果表明,采用RTIPS法制备的PES膜具有较好的膜微观结构,即多孔膜表面和海绵状膜截面。拉曼光谱和XRD分析均证实了由于配位键的存在,膜表面存在MPNs涂层。此外,水接触角和AFM的降低表明MPNs涂层具有更好的亲水性。在膜阻过程中,改性膜的抗污性能更好,总阻降低53%,FRR达到80.95%。因此,将MPNs涂层的改性方法与RTIPS方法相结合,制备了具有优异结构性能和透气性的亲水防污PES膜。将表面低温等离子接枝改性技术与逆向热致相分离(RTIPS)相结合,以改善聚醚砜(PES)膜的结构和永久亲水性。在聚醚砜膜表面接枝不同浓度的丙烯酸溶液,接枝温度和接枝时间也不同。对改性PES膜进行了各方面的表征。全反射率衰减的傅里叶变换-红外光谱验证了丙烯酸接枝改性PES膜的成功。扫描电镜观察发现,RTIPS方法在膜表面形成均匀的多孔表面和海绵状的横截面结构。此外,膜表面的孔隙率也受到接枝过程中丙烯酸(AA)浓度、接枝温度和接枝时间的影响。原子力显微镜观察表明,接枝丙烯酸可以降低聚醚砜膜的粗糙度。结合接触角的降低,PES膜的亲水性和防污性能得到了提高。接枝PES膜的纯水通量和BSA截留率显著提高,达到最大值,分别为1646.24 L/(m~2h)和94.5%。长期试验表明,接枝膜的水通量回收率显著提高(>85%)。将反热诱导相分离(RTIPS)方法与构建的双金属多酚网络(BMPNs)相结合,制备亲水性防污膜。以单宁酸(TA)作为中间体构建聚醚砜膜的内层和表面亲水性层。一方面,经TA协同刻蚀和表面功能化的刻蚀沸石咪唑酸骨架-8(EZIF-8)不仅保留了MOFs的高孔结构,而且具有良好的亲水性。另一方面,EZIF-8表面的TA与凝固浴中的铁离子结合在膜表面形成了MPN亲水层。因此,BMPNs结构渗透到PES膜的内部和表面,大大提高了PES膜的亲水性。此外,采用RTIPS方法制备的多孔表面、海绵状截面的膜与采用NIPS方法制备的膜相比,其通透性和力学性能提高了数倍。实验得到的膜具有良好的渗透性,如纯水通量达1662.16L/m~2h,而BSA截留率保持在92.78%。与纯膜相比,改性膜经化学清洗后的通量恢复率(FRR=83.33%)更好,不可逆污染指数(Rir=16.67%)降低,表明蛋白质吸附受到抑制。这些结果表明,该方法制备的亲水防污聚醚砜膜在膜分离技术中具有很大的应用潜力。
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