类磷酸胆碱聚酰亚胺聚砜防污膜的制备及其性能研究

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膜分离技术是当代新兴便捷的分离技术,应用于食品、化学、医疗、生物等众多领域,聚砜超滤膜在我国具有广泛的应用市场,但是聚砜材料本身疏水,容易受到分离系统中蛋白质、细菌以及微生物的污染,使聚砜膜发生劣化,降低膜的使用效率,缩短膜的使用寿命。为了提高其防污性能,对膜进行亲水改性成为广泛采用的方法,而共混改性相较于表面接枝与表面涂覆具有操作简单且成本低等优点。本文介绍了两种不同结构两亲性类磷酸胆碱聚酰亚胺的合成方法,并探究其不同结构、链段以及浓度对聚砜膜结构和性能的影响。正负两性离子对的材料由于其具备超亲水性和防污性能而被重视,本文以均苯四甲酸二酐(记作A)、双酚A型二醚二酐(记作B)、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷(记作O)为单体,N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷为封端剂(记作C),通过调控两种酐的比例,合成两类不同结构的聚酰亚胺(PI):C(AO)x(BO)yAC(x,y=2,3,4)型PI,以及在第一类PI基础上调整比例的C(AO)3(BO)3BC型PI;用异丙醇进攻2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷,得到2-异丙醇基-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(记作p);最终合成两类不同结构类磷酸胆碱聚酰亚胺(两性PI)添加剂:pC(AO)x(BO)yACp和pC(AO)3(BO)3ACp。该添加剂中间为疏水的PI,与聚砜相容性增强,使之结合更牢固,两端的两性离子亲水结构通过静电作用与水分子水合,形成水合层,提高聚砜膜的亲水防污性能。将添加剂与少量聚乙二醇共混于聚砜中,制备聚砜防污膜,第一种结构的不同链段的添加剂均取得了一定的亲水改性效果,添加剂pC(AO)3(BO)3ACp的改性效果更为优异,加入量为1.00%时,接触角较裸膜下降19.0°,渗透通量是裸膜的1.34倍,截留率达到95.8%。该添加剂的加入使膜亲水效果增强,进而又呈现出抵抗蛋白质和大肠杆菌粘附的能力,机械强度得到提升并且热稳定性良好,能够实现改性膜的持久防污。在添加剂pC(AO)3(BO)3ACp的基础上,增加柔性双酚A型二醚二酐的比例,合成了不同结构的添加剂pC(AO)3(BO)3BCp,并将其在同样条件下制备共混膜,虽然较裸膜来说,亲水防污性能以及机械强度有所提升,但是与添加剂pC(AO)3(BO)3ACp相比,在可以保持相近截留率的前提下,渗透通量减少了9.9%,亲水防污效果逊色。因此含有较高比例刚性均苯四甲酸二酐的添加剂具备更好的迁移能力,更多的亲水基团可以裸露在膜的表面,膜亲水防污效果更好。
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