低成本無機有機復合微濾膜的制備表征及應用.pdf

1、無機陶瓷微濾膜具有許多優(yōu)點，如耐高壓、耐腐蝕和耐用易清洗等。因此，在處理油水分離、過濾生物醫(yī)藥中的微生物、分離提純食品發(fā)酵液中的有效成分等方面有著廣泛的應用。但制備陶瓷微濾膜的方法是將無機納米粉體層涂在無機陶瓷支撐體上，然后再將粉體層經(jīng)過高溫燒結(jié)，形成無機分離層。所用納米粉體的顆粒尺寸分布均勻一致，價格不菲。此外，制備中的高溫燒結(jié)過程導致陶瓷膜的成品率不高。這些都造成了無機陶瓷微濾膜制備的高成本，進而限制了陶瓷膜應用領(lǐng)域的拓展。有機聚合

2、物膜雖然存在不耐溶劑、不耐高溫和不耐高壓等缺點，但具有制備簡便、孔結(jié)構(gòu)易調(diào)、選擇性高和成本低等優(yōu)點。因此，無機有機復合膜可以將無機陶瓷膜和有機聚合物膜各自的優(yōu)點結(jié)合，在提高陶瓷微濾膜選擇性能的同時，還可以降低微濾膜的制備成本。目前，國內(nèi)外針對無機有機復合微濾膜的研究，主要是聚焦在陶瓷基聚合物復合膜。在眾多的制備方法中，直接向支撐體上涂覆聚合物是較為簡單的方法。但是，目前制備無機有機復合微濾膜所用的支撐體孔徑較小，集中在0.5-1.2μm

3、之間，即在陶瓷微濾膜的表面上涂敷聚合物膜液，這勢必會增加復合膜的制備成本，不利于擴大無機有機復合微濾膜的工業(yè)化應用。
　　因此，為了降低復合膜的制備成本，制備了一種管式陶瓷基-PEKC-CA復合膜。選用19通道的無機陶瓷管（孔徑在5-20μm之間）作為支撐體，以聚合物酚酞基聚醚酮(PEKC)作為中間層，以聚合物醋酸纖維素(CA)作為分離層，通過減壓涂覆和干濕相轉(zhuǎn)化的方法制備膜。陶瓷基-PEKC-CA復合膜的潤濕性用接觸角進行了表征

4、，復合膜和支撐體的表面與截面結(jié)構(gòu)用掃描電鏡進行了表征。此外還對復合膜的通量和截留性能進行了表征。陶瓷基-PEKC-CA復合膜對聚氧乙烯(PEO，Mw=600，000)的截留率最高可達到45％，對聚氧乙烯(PEO，Mw=1，000，000)的截留率最高可達到55％。最后復合膜用來處理米糠發(fā)酵液，得到了澄清透明的滲透液，且發(fā)酵液多糖含量的損失僅為0.2％。這種方法簡化了復合膜的制備過程，降低了復合膜的制備成本，但是其通量與商業(yè)化的無機陶瓷膜

5、相比，相距甚遠。
　　為了進一步提高復合膜的通量，制備了管式陶瓷基-PVDF/CA復合微濾膜。以19通道的無機陶瓷管（孔徑在5-20μm之間）作為支撐體，以PVDF/CA的共混物作為分離層，通過加壓涂覆和干濕相轉(zhuǎn)化的方法制備膜。PVDF/CA膜液的濃度是影響復合膜性能的決定性因素，且膜液的濃度越高，復合膜的截留性能越好。為了研究制備條件和膜性能的聯(lián)系，用旋轉(zhuǎn)粘度計測定了膜液的粘度，用掃描電鏡觀察了復合膜的表面和截面形態(tài)。此外，還對

6、膜的滲透性和截留率性能進行了表征。結(jié)果顯示:當PVDF/CA膜液的濃度從8wt％增加到18wt％，其純水通量從200增加到2000 L/m2·h;復合膜對聚氧乙烯(PEO，Mw=1，000，000)的截留率比商業(yè)化50 nm的無機陶瓷膜的要高;處理米糠發(fā)酵液時，其濁度去除率可達到99％。更為重要的是復合膜在經(jīng)過簡單的物理清洗后，其通量恢復率可達到80％左右。
　　為了證明管式陶瓷基-PVDF/CA復合微濾膜的成本低，對其進行了經(jīng)濟

7、評估。通過核算:一支24 cm的復合膜，其制備成本約為9.70$;一支24 cm的50 nm無機陶瓷膜，其成本約為24.12$。由此可知，商業(yè)化的無機陶瓷微濾膜的成本幾乎是復合膜制備成本的2.5倍。因此，鑒于復合膜簡單快捷的制備方法以及較低的成本，和商業(yè)化的無機陶瓷膜相比，復合膜在微濾膜的應用中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。但是，24 cm復合膜的處理量遠遠滿足不了工業(yè)化實際生產(chǎn)應用的需求，故更大處理量的復合膜亟待研究開發(fā)。
　　在陶瓷基-