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1、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有平面鋸齒狀結(jié)構(gòu),分子鏈長(zhǎng)且沒有側(cè)基,所制的中空纖維膜材料與其他膜材料相比具有膜強(qiáng)度高、原料易得、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),從而可被廣泛應(yīng)用于污水處理、醫(yī)用中空纖維膜分離、中空膜反應(yīng)器等諸多領(lǐng)域。本論文對(duì)不同條件下制得的超高分子量聚乙烯中空纖維膜的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了大量的測(cè)試與研究。
首先,以UHMWPE為原料,白油作為稀釋劑,二甲苯作為萃取劑,采用熱致相分離法制備了 UHMWPE中空纖維膜。研究發(fā)現(xiàn),UH
2、MWPE/白油體系的相分離是由 UHMWPE結(jié)晶引起的固-液相分離,相分離溫度隨溶液濃度的增大而升高,隨溶液冷卻速率的增大而降低。隨著UHMWPE分子量或溶液濃度的增大,UHMWPE中空纖維膜孔徑變小,水通量和孔隙率降低,而對(duì)牛血清蛋白的截留率變大,纖維膜斷裂強(qiáng)度變大。隨著拉伸倍數(shù)的增加,纖維網(wǎng)絡(luò)沿纖維軸線取向,孔隙率降低,纖維膜斷裂強(qiáng)度變大,結(jié)晶度和取向度有一定程度的增加。
然后,加入碳酸鈣無機(jī)顆粒作為添加劑,共混制備了UH
3、MWPE/CaCO3中空纖維膜。研究發(fā)現(xiàn),加入無機(jī)顆粒后纖維膜水通量有一定程度提高,孔隙率和截留率則降低,用鹽酸處理后,水通量進(jìn)一步提高,孔隙率上升,截留率下降。在拉伸過程中,無機(jī)顆粒和聚合物之間形成了界面微孔,并且隨著拉伸倍數(shù)的增加,這些界面微孔被拉長(zhǎng)變大,而由熱致相分離而形成的UHMWPE微孔則有部分閉合現(xiàn)象。兩方面的共同作用,使UHMWPE/CaCO3共混中空纖維膜的水通量和孔隙率在2倍拉伸倍數(shù)的情況下達(dá)到最大,3倍拉伸時(shí)則變小,
4、而截留率變化趨勢(shì)則相反。隨著拉伸倍數(shù)的增加,共混中空纖維膜的斷裂強(qiáng)度增大,纖維膜熔點(diǎn)、結(jié)晶度、晶粒尺寸和晶區(qū)取向度均有一定程度增大。
最后,使用PEG20000作為親水改性劑,共混入U(xiǎn)HMWPE溶液,制備了親水改性的UHMWPE中空纖維膜,又使用了等離子體對(duì)UHMWPE中空纖維膜進(jìn)行親水改性。研究發(fā)現(xiàn),和未改性的UHMWPE中空纖維膜相比,加入PEG后改性中空纖維膜孔徑、孔隙率均增大,截留率則減小。隨著加入PEG20000的含
5、量不斷增加,中空纖維膜的親水性能逐漸提高,但是對(duì)孔徑,孔隙率和截留率的影響不明顯,中空纖維膜的力學(xué)性能則稍有降低。隨著中空纖維膜在水中浸泡時(shí)間的變長(zhǎng),由于PEG20000的流失,中空纖維膜的親水性能降低。未改性的中空纖維膜易受到蛋白質(zhì)的污染,使得牛血清蛋白的通量衰減,清洗后恢復(fù)量比較低。改性后的中空纖維膜蛋白質(zhì)通量和恢復(fù)量有明顯提升,牛血清蛋白的通量衰減也相對(duì)緩慢,純水通量也有所提高。而經(jīng)過氬氣等離子體表面處理后,UHMWPE纖維膜表面
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