PAMPS/PVDF中空纤维凝胶复合膜的制备及其性能研究

作者:陈池;吕晓龙 刊名:天津工业大学学报 上传者:王学芳

【摘要】制备了PAMPS/PVDF中空纤维凝胶复合膜,通过傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了测试、表征,并研究了复合膜渗透性能的环境(pH值、离子强度)响应性.结果表明,凝胶复合膜不仅保留了PVDF基膜的优良性能,同时又具有聚电解质凝胶PAMPS的某些特性,其通量随pH值的增大而减小,随离子强度的增大而增大.

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聚偏氟乙烯(PVDF)树脂具有突出的化学稳定性、耐辐射性和耐热性,是一种性能优良的膜材料.以其制成的中空纤维膜,已成功地应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域[14].然而PVDF膜具有极强的疏水性,在用于水相体系分离时,易产生吸附污染,膜通量和分离效率均下降,制约了PVDF膜在很多领域的大规模应用.为提高PVDF膜的性能,各国科技工作者已进行了大量的研究.有人采用聚电解质材料,如壳聚糖、聚丙烯酸等进行交联,形成具有三维网络结构的聚合物凝胶层,使膜具有更高的亲水性,表现出优良的分离性能,可以实现高分离率和高渗透量[57].然而目前大多数研究工作集中于凝胶平板膜或平板复合膜的研究,而且很少利用聚电解质凝胶的环境(如pH值、离子强度、电场等)响应特性[810]来调节膜的选择渗透性能.本研究工作采用强阴离子性、水溶性的电解质2丙烯酰胺2甲基丙磺酸(AMPS)对PVDF中空纤维膜进行改性处理,制备了PAMPS/PVDF中空纤维凝胶复合膜,并研究了溶液环境(pH值、离子强度)对复合膜渗透性能的影响.1实验部分1.1原料准备PVDF中空纤维膜,内径0.8mm,外径1.2mm,由天津膜天膜工程技术有限公司生产;2丙烯酰胺2甲基丙磺酸(AMPS),工业级,天津碱厂古龙精细化工厂产品;N,N’亚甲基双丙烯酰胺(MBAA),化学纯,天津市化学试剂研究所产品;其它药品,如过硫酸钾(KSO8)和二甲基甲酰胺(DMF)等均为分析纯国内产品.1.2PAMPS/PVDF中空纤维复合膜的制备先对PVDF中空纤维膜进行碱处理,这是因为PVDF在含有相转移催化剂的强碱溶液中能发生消除反应[11],生成碳碳双键.配制浓度为1.5mol/L的AMPS溶液100mL,其中含有10mLDMF.将经过碱处理的PVDF中空纤维膜放入上述溶液中,在室温下浸泡3h.取出之后放入含交联剂MBAA(其浓度分别为0.03、0.06、0.09mol/L)和引发剂KSO8(浓度为0.0075mol/L)的混合溶液中,充N30min后密封,在60水浴中反应1h,所得复合膜用去离子水浸泡以去除未反应的小分子.复合膜以M(x)命名,其中x为混合交联体系中MBAA的摩尔浓度.1.3复合膜的表征将PVDF中空纤维膜和PAMPS/PVDF凝胶复合膜于80烘箱中干燥2h.在Nicoletavater360红外光谱仪上测定红外光谱.在室温(20)下自然晾干1h后,用XL30型扫描电子显微镜观察PVDF中空纤维膜和PAMPS/PVDF凝胶复合膜内、外表面及断面形貌.1.4通量测试在室温、0.1MPa条件下,测定不同pH值和不同浓度氯化钠溶液的复合膜渗透通量.通量按下式进行计算:J=V/(tm)式中,V为滤液体积;t为获得V体积滤液所需的时间;m为有效膜面积.2结果与讨论2.1FTIR分析对于分析表面物质结构和化学组成的变化,红外光谱是一类有效的手段[12].从红外吸收谱中的吸收峰就可以判定试样中的分子结构.图1为PVDF中空纤维膜和PAMPS/PVDF复合膜的红外光谱.&?璴2fj051Pt.图1PVDF中空纤维膜和PAMPS/PVDF凝胶复合膜的红外光谱Fig.1IPspectraofPVDFhollowfibermembraneandPAMPS/PVDFhollowfibergelcompositemembrane对比PVDF基膜的谱图(a)凝胶复合膜的FTIR谱图(b)可以明显看到仲胺基(NH)伸缩振动峰为3450cm-1,且特征峰的强度和面积较大,以及酰胺基团特征峰(16701640cm-1处的CO伸缩振动峰及16

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