相轉(zhuǎn)化法+溶膠-凝膠法制備PAN-SiO2雜化膜的研究.pdf

1、膜污染導致膜的壽命降低，成本增加，是多孔聚合物膜廣泛應用的主要障礙，將具有優(yōu)良的親水性、高的比表面積等特點的無機納米粒子引入多孔聚合物膜中以制備有機-無機雜化膜，在提高多孔聚合物膜抗污染性能上已被證明是一種行之有效的方法。然而，無機納米粒子易團聚和無機納米粒子與有機聚合物之間的相容性差、結(jié)合力弱，是制備有機-無機雜化膜的兩個主要存在的問題。因此，探索和開發(fā)具有良好的孔徑可控性和孔徑分布窄的有機-無機雜化膜的制備新方法、新途徑，具有重要意

2、義。
　　基于以上問題的考慮，我們利用相轉(zhuǎn)化法+溶膠-凝膠法制備了具有良好孔徑可控性和窄的孔徑分布的PAN/SiO2雜化膜，同時提高了其抗污染性能，并對水解改性以及納米雜化過程對膜的性能進行了深入探討。采用衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、Zeta電位儀和接觸角測試儀等儀器分別對實驗制備膜的化學結(jié)構(gòu)、形貌結(jié)構(gòu)、表面粗糙度、表面電荷和親水性等進行表征。采

3、用錯流過濾實驗，系統(tǒng)研究了PAN膜、水解膜以及雜化膜的截留分子量（MWCO）、純水滲透通量以及對不同溶質(zhì)水溶液的分離性能。最后，通過采用靜態(tài)蛋白吸附和動態(tài)抗污染實驗，研究了制備膜的抗污染性能，同時考察雜化膜運行的穩(wěn)定性。實驗研究結(jié)論如下：
　?。?）通過ATR-FTIR和XPS分析可知，正硅酸四乙酯（TEOS）經(jīng)過水解縮聚反應生成了納米級的SiO2顆粒，并通過表面的羥基和水解生成的羧基基團交聯(lián)，SEM以及分布圖顯示了無論在膜表面還

4、是膜孔內(nèi)表面，生成的納米SiO2分布均勻，無明顯的團聚現(xiàn)象的出現(xiàn)。在3次連續(xù)循環(huán)污染實驗后，PAN/SiO2-25雜化膜通量恢復率（FRR）仍可以維持在90.3％，充分顯示了雜化膜具有良好的穩(wěn)定性，同時表明生成的納米顆粒與膜表面的結(jié)合性較好。
　?。?）通過SEM和EDS分析可知，生成納米顆粒的大小隨著TEOS濃度的增大而逐漸增大，從大約20 nm長大到85 nm，導致膜表面粗糙度略有增加，雜化膜的分離層因此也變的更加致密。通過孔

5、徑和孔隙率分析可知，通過水解+原位溶膠-凝膠制備的雜化膜孔徑在納米顆粒堵孔的作用下逐漸減小，孔徑從PAN膜的0.073μm縮小到PAN/SiO2-25雜化膜的0.006μm，相應地，純水通量從605.4 L/m2·h下降到58.7 L/m2·h，孔隙率從78.6%減小到72.3%，且隨著TEOS濃度的增加，PAN/SiO2雜化膜也呈現(xiàn)出下降的趨勢。
　　（3）水解程度、TEOS濃度、交聯(lián)時間和交聯(lián)溫度等影響PAN/SiO2雜化膜的

6、性能。水解程度、TEOS濃度、交聯(lián)時間和交聯(lián)溫度增加，雜化膜滲透通量下降，對PEG的截留率上升。在PAN聚合物濃度=15.0 wt.%，TEOS=25%v/v（TEOS/C2H5OH），水解程度=44.69%，交聯(lián)溫度=105℃，交聯(lián)時間=8 min的條件下制備PAN/SiO2雜化膜，其純水通量為58.7 L/m2·h，PEG6000截留率為90.18%。
　?。?）通過對比PAN膜、PAN-COOH水解膜和PAN/SiO2雜化膜