基于干燥—接枝中空纤维膜膜孔控制方法及性能研究

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膜的孔径大小及分布是表征分离膜性能的重要指标,是决定膜的渗透性能和截留效果的重要因素。本文以聚砜(PSf)中空纤维超滤膜为研究基体,采用不完全干燥和高能电子束共辐照接枝两种方式分别对基膜进行处理,考察处理前后膜孔径、结构及膜分离性能的变化,研究了膜孔径变化规律,获得调控膜孔径及膜分离性能的有效方法。  使用恒温恒湿箱对聚砜(PSf)中空纤维超滤膜进行不完全干燥处理,采用溶质截留法重点研究了干燥过程中温度、相对湿度和干燥时间对膜孔径大小、孔径分布及截留分子量(MWCO)的影响。结果表明,随着干燥温度升高、相对湿度减小、干燥时间延长,膜孔径变小,孔径分布先变窄后变宽,截留分子量变小。另外膜的渗透性能呈明显降低趋势,FESEM和力学性能测试表明膜整体结构和力学性能均没有明显变化。由此提出膜干燥过程中的膜孔演变规律:膜内较大孔和小孔的收缩同步进行,小孔容易收缩甚至消失,膜孔数目减少,较大孔有限收缩。通过干燥条件的控制能够实现对膜孔一定程度的收缩。  通过高能电子束共辐照法在聚砜中空纤维超滤膜上接枝强亲水单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)。ATR-FTIR和SEM表明聚砜基膜内外表面均成功接枝AMPS单体。采用溶质截留法,重点研究了接枝过程中辐照剂量和单体浓度对膜孔径大小、孔径分布及MWCO的影响。通过测定接枝前后膜对硫酸钠的截留率以表征膜的脱盐性能。结果表明,随着辐照剂量增大,单体浓度提高,接枝平均膜孔径变小,但孔径分布变宽。接枝膜对Na2SO4的截留率明显提高。当辐照剂量为80kGy,AMPS单体浓度为10%时,接枝膜平均孔径为1.615nm,在25℃、0.4MPa下对1g/LNa2SO4的截留率能够达到88.9%,渗透通量为28.3L·m-2·h-1。
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