雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮超濾膜及其復(fù)合膜的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，膜技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用，其中超濾膜和具有致密分離層的復(fù)合膜在污水處理、苦咸水淡化、海水淡化、純凈水制備等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。開發(fā)耐高溫分離膜可以進(jìn)一步擴(kuò)大膜應(yīng)用領(lǐng)域，提高膜分離效率，節(jié)約能源，具有十分重要的意義。雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮(PPESK)作為一種我國(guó)獨(dú)立開發(fā)的新型聚合物，具有耐溫等級(jí)高，化學(xué)穩(wěn)定性好，可溶解等特點(diǎn)，是制備耐高溫分離膜的理想材料。 采用將磺化雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮(SPPESK)與雜萘聯(lián)

2、苯聚醚砜酮共混的方法制備了耐高溫共混超濾膜，用于耐高溫復(fù)合膜的基膜。研究了聚合物總濃度、停留蒸發(fā)時(shí)間、SPPESK 含量等因素對(duì)共混超濾膜孔結(jié)構(gòu)及分離性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著聚合物濃度的增大，共混超濾膜指狀孔孔徑變小，對(duì) PEG20000 的截留率增大，純水通量下降。與純PPESK超濾膜相比，以一定比例共混的SPPESK-PPESK共混超濾膜對(duì)PEG6000的水溶液具有更高的截留率和更高的純水通量。隨著共混鑄膜液中SPPESK 含

3、量從0增加到7wt.％，共混超濾膜致密分離層厚度變薄，膜結(jié)構(gòu)指狀孔孔徑減小，孔隙率增大，膜表面純水接觸角減小。當(dāng) SPPESK 含量為 3wt.％時(shí)，合金超濾膜對(duì)達(dá)旦黃及PEG20000均具存99％的截留率，純水通量可達(dá)491L·m<'-2>·h<'-1>。共混超濾膜表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，在95℃，0.2MPa 壓力下，對(duì)陰離子硫化黑染料具有99％的截留率，通量可達(dá) 751 L·m<'-2>·h<'-1>，用于染料脫鹽，經(jīng)過5次脫鹽操作

4、，可將該染料中的鹽基本除凈。 采用界面聚合的方法，以間苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯為酰氯單體，以間苯二胺、乙二胺、哌嗪為二胺單體，在雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮基膜表面進(jìn)行界面聚合，制備了七種具有不同功能層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜。通過紅外譜圖、掃描電鏡、原子力顯微鏡、透射電鏡、X 射線衍射等手段研究了雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮系列復(fù)合膜的化學(xué)組成及形態(tài)結(jié)構(gòu)。通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了界面聚合法制備功能層為全芳聚酰胺的雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮復(fù)合膜(CM1)工藝條件：

5、界面聚合溫度20℃，界面聚合時(shí)間30s，烘焙溫度80℃，均苯三甲酰氯濃度0.05wt.％，間苯二胺濃度2wt.％。在最優(yōu)工藝條件下制備的CM1復(fù)合膜在操作壓力為1.2MPa，溶液溫度為.50℃的條件下，對(duì)0.2wt.％的NaCl水溶液具有平均98.3％的截留率，水通量為27.8 L·m<'-2>·h<'-1>。當(dāng)壓力升高到 2.1MPa，溫度升高到 90℃，對(duì)NaCl的截留率保持在98.1％。水通量提高到 98 L·m<'2>·h<'-

6、1>。在最優(yōu)工藝條件下制備功能層為脂環(huán)芳香聚酰胺的雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮復(fù)合膜(CM3)在25℃，0.6 MPa壓力下，對(duì) Na<,2>SO<,4>具有98.4％的截留率，水通量為58.3 L·m<'-2>·h<'-1>，對(duì)活性嫩黃、達(dá)旦黃、龍膽紫等染料均具有100％的截留率，在水軟化、染料的回收精制等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。通過對(duì)比具有不同功能層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜分離性能的差異，研究了單體結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合膜分離性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：在其它條件相同的

7、情況下，由有利于功能層形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的酰氯單體及由有利于功能層規(guī)整排列的二胺單體所制備的復(fù)合膜對(duì)鹽離子具有較高的截留率，水通量較低。通過測(cè)試經(jīng)酸堿溶液處理后膜分離性能的變化，研究了復(fù)合膜的耐酸堿性，結(jié)果表明：具有不同功能層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜耐酸堿性具有如下規(guī)律：全芳酰胺>脂肪芳香酰胺>脂環(huán)芳香酰胺復(fù)合膜。通過測(cè)試膜分離性能與溶液溫度間的關(guān)系，研究了基膜及復(fù)合膜的耐熱性，結(jié)果表明：PPESK基膜耐熱性優(yōu)于聚砜 (PSF) 基膜，當(dāng)功能層為聚全芳酰

8、胺時(shí)，以PPESK超濾膜為基膜的全芳酰胺復(fù)合膜耐熱性優(yōu)于以PSF超濾膜為基膜的復(fù)合膜：當(dāng)基膜為PPESK超濾膜時(shí)，具有不同功能層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜耐熱性具有如下規(guī)律：全芳酰胺>脂環(huán)芳香酰胺>脂肪芳香酰胺復(fù)合膜。 通過對(duì)系列雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮復(fù)合膜分離性能的實(shí)際測(cè)試，研究了復(fù)合膜分離性能與操作條件的關(guān)系，結(jié)果表明：在其它條件不變的情況下，系列雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮復(fù)合膜的水通量均隨操作壓力的升高而線性增大；當(dāng)操作壓力較低時(shí)，截留率隨操作壓力的升

9、高而略有所增大，當(dāng)操作壓力升高到一定值后，截留率趨于穩(wěn)定。隨著溶液濃度的增大，系列雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮復(fù)合膜對(duì)鹽離子的截留率及水通量同時(shí)下降。由非平衡熱力學(xué)模型計(jì)算了雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮系列復(fù)合膜 NaCl、Na<,2>SO<,4>溶質(zhì)反射系數(shù)σ與溶劑透過系數(shù)<'p>，對(duì)CM1復(fù)合膜在不同NaCl溶液濃度時(shí)的分離性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值基本吻合，說明當(dāng)NaCl溶液濃度變化時(shí)，CM1復(fù)合膜的分離性能可由非平衡熱力學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)復(fù)合膜對(duì)有