聚丙烯腈-四氧化三鐵超濾膜的結(jié)構(gòu)、性能及正交磁場的影響.pdf

1、本文介紹了超濾的原理、超濾膜的分類與制備方法及影響超濾膜結(jié)構(gòu)與性能的因素；綜述了超濾的應(yīng)用、存在的問題與發(fā)展趨勢及有機(jī)/無機(jī)膜的研究進(jìn)展。針對超濾膜中膜材分子取向不能根據(jù)膜微觀結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行人為控制的問題，首次選擇磁性物質(zhì)（Fe3O4）為無機(jī)填料，以聚丙烯腈為基材、二甲亞砜為溶劑、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇為致孔劑配制懸浮液，利用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法在有磁場和無磁場作用下制備了PAN- Fe3O4超濾膜。采用DSC、DTG和DMA研究了膜的熱穩(wěn)

2、定性，用浸泡法研究了膜的化學(xué)穩(wěn)定性，用原子力顯微鏡（AFM）和電子顯微鏡（SEM，F(xiàn)ESEM）觀察了膜的微觀結(jié)構(gòu)，用錯(cuò)流超濾裝置進(jìn)行了純水、牛血清蛋白水溶液、豬血溶液過濾實(shí)驗(yàn)評價(jià)了膜的分離性能。取得的主要成果與結(jié)論如下： 膜材料的分子取向?qū)Τ瑸V膜的微觀結(jié)構(gòu)有重要的影響。在正常的制膜條件下，用1500高斯正交磁場作用于膜的形成過程，可以控制膜材分子（Fe3O4）的取向，這為控制超濾膜的微觀結(jié)構(gòu)提供一種新的方法。 對蛋白質(zhì)溶

3、液進(jìn)行超濾時(shí)，超濾膜的相對滲透通量通常為20-30％。過濾豬血溶液的對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在正交磁場作用下所制的PAN- Fe3O4超濾膜的滲透通量和相對滲透通量均高于相應(yīng)無磁場作用下所制的PAN- Fe3O4超濾膜，而且，磁化膜的穩(wěn)定相對滲透通量均在35％以上，個(gè)別能達(dá)到50％以上；磁化膜與非磁化對血液蛋白的截留率相近。同時(shí)，還闡明了該過程中膜的污染機(jī)理，該機(jī)理能很好地解釋膜性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明在PAN- Fe3O4超濾膜制備過程中使用外

4、加磁場作用能有效提高膜的耐污染能力，這一結(jié)果為開發(fā)適用于血液處理的耐污染超濾膜提供了一種新途徑； 在PAN- Fe3O4 超濾膜中，四氧化三鐵與PAN在室溫下沒有形成化學(xué)鍵，也不存在官能團(tuán)之間的相互作用；添加Fe3O4對膜的玻璃化溫度沒有影響，但能提高PAN環(huán)化脫氫反應(yīng)的溫度和分解溫度；PAN- Fe3O4 超濾膜的耐酸性強(qiáng)于耐堿性，在Ph值為10以上的溶液中由于水解作用而溶解，使得膜失去使用價(jià)值，膜的耐酸性與酸的種類、濃度和氧

5、化性有關(guān)。 無外加磁場作用時(shí)所制得的PAN- Fe3O4超濾膜在結(jié)構(gòu)與性能方面有以下規(guī)律：與不添加Fe3O4時(shí)相比,在鑄膜液中添加1.1wt％的Fe3O4時(shí)，膜的平均孔徑顯著減小，表面粗糙度顯著增大；隨著Fe3O4添加量從1.1wt％增大到4.3wt％，膜的表面粗糙度逐漸減小，膜的平均孔徑也基本呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；隨著Fe3O4添加量從0wt％增大到4.3wt％，膜的滲透通量和截留率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。 Fe3O4微粒在

6、PAN- Fe3O4超濾膜中的分布比較均勻，膜的矯頑力與Fe3O4添加量無關(guān)，均為114 Oe；膜的剩磁隨著Fe3O4添加量增大而增大；膜樣品進(jìn)行飽和磁化所需的最小外加磁場強(qiáng)度為5400 Oe。 在正交磁場作用下所制得的PAN- Fe3O4超濾膜在結(jié)構(gòu)與性能方面有以下規(guī)律： Fe3O4的添加使膜的皮層厚度減小，并導(dǎo)致膜支撐層中的微孔由規(guī)則、整齊且垂直于膜平面的排列變?yōu)椴灰?guī)則、傾斜于膜平面的排列。膜的孔徑、表面粗糙度隨Fe3O4含