中空纤维纳滤膜制备方法的研究进展

中空纤维是极具应用潜力的纳滤膜形式,可实现自支撑结构,且具有填充密度高、耐污染性强等独特优势.高性能中空纤维纳滤膜的可控制备是其大规模应用的关键.本文从制备方法和改性两个方面综述了近年来国内外中空纤维纳滤膜的研究进展,并对其目前面临的挑战和应用前景进行讨论和展望.     

基于电子束共辐照接枝制备中空纤维纳滤膜

以聚砜超滤膜为基体,采用电子束共辐照接枝2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体制备中空纤维纳滤膜。采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱分析接枝前后膜表面化学组成,并探讨接枝条件对纳滤膜接枝率、孔径以及脱盐性能的影响。结果表明,电子束能够穿透基膜,使膜内外表面均接枝上AMPS。以最佳接枝条件(辐照剂量80 k Gy,单体浓度10%,阻聚剂浓度1.5%,交联剂浓度0.2%,乙醇/水=1/9,溶液体积30 m L)制备的纳滤膜接枝率为4.68 mmol/m2,孔径为5.4 nm,0.4 MPa压力下对1 g/L Na2SO4的截留率为88.9%,渗透通量为28.3 L/(m2·h)。     

PVC基中空纤维复合纳滤膜制备及其性能表征

以聚氯乙烯(PVC)中空纤维超滤膜为基膜,以哌嗪(PIP)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合法制备中空纤维复合纳滤膜。着重研究了水相涂覆后吹扫工艺对超薄分离层完整性及膜分离性能的影响规律,进而研究了各制膜因素的影响。所制备的纳滤膜在0.35 MPa,25℃条件下,对1 000mg/L硫酸镁(MgSO_4)水溶液的截留率为96.4%,相应通量为24.1L/(m~2·h)。     

基于有机溶剂的中空纤维纳滤膜微结构调控

聚酰胺分离层的微结构调控是制备高性能纳滤膜的关键.通过改变溶剂类型调控水相单体在反应界面的溶解和扩散能力,进而改变界面聚合反应进程,获得了具有相对疏松的粗糙三维图案化分离层结构.结果表明,疏松的分离层赋予纳滤膜较高的单/二价盐选择性,对Na_2SO_4和NaCl的截留率分别为94.8%和17.6%;粗糙的膜表面显著提升了水接触面积,对Na_2SO_4水溶液的水通量达到42.6 L/(m~2·h),为具有常规表面形貌膜的3倍.     

界面耦合法制备配位纳滤膜

传统纳滤膜主要通过界面聚合法制备,其分离层与基膜之间的结合力为分子间作用力,较为薄弱.通过在分离层与基膜之间引入配位键,采用金属-有机配位技术在聚酰亚胺基膜上制备了具有纳滤性能的分离层.首先通过考察NaOH溶液的浓度和反应时间对于基膜形貌和基团的影响,优化基膜的修饰程度,确定最佳的NaOH溶液浓度为0.01 mol/L,修饰时间为9 min.然后通过Fe~(3+)与Na~+之间的置换将配位中心Fe~(3+)引入基膜表面.最后考察不同金属配位中心与有机配体的比例对膜性能的影响,确定最优植酸与Fe~(3+)的摩尔比为3∶7.制得的配位纳滤膜表面负电性与亲水性都得到增强.制得的膜对1 000 mg/L Na_2SO_4的截留率为85.6%,通量为53 L/(m~2·h·MPa),对多种染料的截留率在99%以上,且具有较好的长期稳定性.     

聚酰亚胺中空纤维膜研究进展

论述了聚酰亚胺中空纤维膜制备的新方法,介绍了用于制备中空纤维膜的新型聚酰亚胺膜材料的开发,综述了聚酰亚胺中空纤维膜在气体分离和渗透汽化膜过程中的应用。     

超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

纳滤膜制备的研究进展

对纳滤膜技术进行了简单介绍,包括纳滤膜的特点、种类、应用领域。综述了国内外纳滤膜制备方法的研究进展,主要有L—s相转化法、共混法、荷电化法、复合法等。其中复合法是用的最多的,比较容易得到高性能的纳滤膜。最后,总结了纳滤膜制备方法中存在的问题并对纳滤膜的应用前景进行了展望。     

中空纤维分子印迹PVDF超滤膜的制备与表征

基于伪模板技术，通过表面涂覆热聚合的方法制备分子印迹膜。衰减全反射FTIR和扫描电镜表征表明改性后PVDF膜表面形成了印迹聚合物层。印迹膜的改性率约为2．3mg／cm^2，其纯水通量约为9．40L／（m^2·h·Bar）。利用动态过滤实验考察了聚合物膜对水相分子的选择性透过性能，结果表明印迹膜可以选择性地透过模板类似物。在pH=7．6时，印迹膜分离因子α约为1．8，而在pH=10．5时，α在1．2左右，表明疏水作用在水相中有促进识别的作用。     

界面聚合法制备高通量复合耐溶剂纳滤膜

以聚酰亚胺(PI)超滤膜为支撑层,间苯二胺(MPD)、均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相单体及有机相单体,通过界面聚合、化学交联和溶剂活化等步骤制备了聚酰胺(PA)复合耐溶剂纳滤膜.使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)表征PI超滤膜和复合纳滤膜的化学组成及表面、断面形貌.系统考察并优化了水相单体浓度、水相添加剂种类和环境湿度对于复合耐溶剂纳滤膜分离性能的影响.该复合耐溶剂纳滤膜在最佳制备条件下的乙醇渗透率可达45.9 L/(m~2·h·MPa),对罗丹明B(相对分子质量479)的截留率为99.8%,表现出优异的分离性能.所制备的复合耐溶剂纳滤膜在80℃的二甲基甲酰胺(DMF)中持续浸泡14 d后,分离性能基本保持不变,表现出优异的耐溶剂性能.     

纳滤膜制备方法的研究

作为一种新型分离膜,纳滤膜与反渗透膜和超滤膜相比具有特殊性能和优点,已经在很多领域得到了广泛的应用。目前国内外纳滤膜制备方法主要分为相转化法、复合法;着重介绍了目前应用最广泛也是最高效的复合法制备纳滤膜,其中复合法主要包括化学交联法、界面聚合法、层层组装法和膜表面接枝法,并指出了纳滤膜的发展方向。     

高分子纳滤膜制备方法研究进展

介绍了纳滤膜的分离模型,包括膜过程的不可逆热力学模型、空间位阻-孔道模型、溶解-扩散模型、道南平衡模型、电荷模型和静电排斥以及立体位阻模型.综述了近十几年来纳滤膜及其制备方法(L-S相转化法、界面聚合法、溶液涂敷交联法、紫外辐照接枝、和电泳沉积法等)的研究进展.总结并展望了纳滤膜及其制备方法中存在的问题和发展前景.     

中空纤维微滤膜孔径检测方法研究

孔径是微滤膜最为重要的表征参数之一,直接影响到微滤膜的分离性能.选用聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)材质的中空纤维微滤膜,研究并优化了泡点压力法测定微滤膜最大孔径的检测条件.以乙醇作为润湿剂,在20℃、浸润时间30 min的最佳实验条件下,该方法测定PVDF和PP中空纤维微滤膜最大孔径的相对标准偏差分别为5.4%和8.8%.使用泡点压力法、压汞法和氮气吸附法测定4种不同材质的中空纤维微滤膜孔径特征,结果表明,泡点压力法测得的最大孔径和压汞法测得的平均孔径存在显著的线性相关性,氮气吸附法不适用于微滤膜孔径的测定.     

界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜

以聚砜(PS)超滤膜为基膜,海藻酸钠(Sodium Alginate,NaAlg)和均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相和油相反应单体,经界面聚合反应制备一种新型复合纳滤膜.研究了制备影响因素对复合膜分离性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)对复合膜的表面形态和断面结构进行了表征.结果表明,当海藻酸钠的质量分数为2.0%,TMC的质量分数为0.25%,TMC反应时间为30s,热处理温度为50℃,热处理时间为10min时所制备的膜性能最好.所制备的复合纳滤膜在操作压力1.0MPa下,对1 000mg/L的Na2SO4溶液的脱盐率为84.9%,通量为12.2L/(m2.h).     

静电纺丝法制备孔结构可调的交联聚酰亚胺/聚甲基丙烯酸甲酯复合纤维膜

以聚酰胺酸(PAA)为电纺液,利用静电纺丝法制备纤维膜并加热使其亚胺化以制得聚酰亚胺(PI)纤维膜;以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为电纺液,PI纤维膜为接收基底进行纺丝,加热得到无纺型复合纤维膜。通过调节PI/PMMA复合纤维膜的加热时间,制备了孔结构可调的交联复合纤维膜。采用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、孔隙率测试、力学性能测试对纤维膜的结构、形态进行表征;采用热重分析(TGA)对其耐热性能进行测试。结果表明:具有交联孔结构的复合纤维膜相比于PI纤维膜,其纤维间出现了熔接使拉伸强度大幅提高;通过改变加热时间可以控制薄膜孔隙率的大小。     

聚酰亚胺纤维制备及应用

聚酰亚胺是指分子主链中含有酰亚胺环的一类聚合物材料,这种高度共轭的主链结构赋予了聚酰亚胺纤维优异的力学性能,较高的耐热氧化稳定性、耐溶剂腐蚀性能等,在航空航天、环境保护等领域具有广阔的应用前景.由于聚酰亚胺加工过程中的基础问题尚未攻克,影响了这类高性能纤维的发展和使用.高新材料发展的需要、聚酰亚胺化学结构的多设计性和合成技术的改进以及纺丝技术的进步促进了聚酰亚胺纤维的发展,通过大分子结构设计和聚集态结构的调控,可以得到不同化学结构的高强高模、耐高温、耐辐射特性的聚酰亚胺纤维.主要概述了聚酰亚胺纤维的性能、制备方法及应用领域,并对近年来国内外最新研究进展和产业化情况进行了介绍.     

静电纺丝法制备聚酰亚胺纳米纤维及其表征

通过两步法制备聚酰亚胺(PI)纳米纤维,利用均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二胺基二苯醚(ODA)合成聚酰亚胺酸(PAA)纺丝液,采用高压静电纺丝技术制备PAA纳米纤维,在高温下亚胺化获得PMDA-ODA型PI纳米纤维,研究了溶液浓度、纺丝距离及纺丝电压对纤维形貌的影响,用扫描电子显微镜(SEM)对纤维形貌进行了表征。结果表明:当PAA溶液浓度为20wt%,纺丝距离为18cm,纺丝电压为20kV时得到的纤维形貌较好。同时利用红外光谱仪、热重分析仪对其化学结构和热稳定性也进行了表征。     

分子量对聚酰亚胺纳滤膜耐溶剂、耐高温性能的影响

采用两步法制备聚酰亚胺(PI)纳滤膜,探究了前聚体聚酰胺酸(PAA)分子量对制得PI膜结构与性能的影响.通过调控单体投料比得到不同分子量的前聚体PAA,经亚胺化得到PI膜,最后考察其耐溶剂耐高温性能.结果表明,随PAA分子量增大,PI膜表面由多孔变为致密,通量下降;在一定PAA分子量范围内,对固绿(MW808)的截留率上升,从68.2%增加到93.8%;当PAA分子量进一步增加时截留率保持不变.对制得PI膜进行耐溶剂耐高温测试,发现PI膜在有机溶剂和高温环境中均能保持较好的稳定性,并且随PAA分子量增大,PI膜的化学稳定性和热稳定性增强.由较高PAA分子量制备的PI膜在有机溶剂中对固绿截留率保持在85%以上,高温环境中几乎保持不变.     

热致相分离法制备聚醚醚酮中空纤维膜

以聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)为原料,采用熔融纺丝-热致相分离法成功的制备出PEEK中空纤维膜,并详细研究了膜成型条件对膜结构与力学性能的影响,测试了PEI含量为60%的最大中空度下膜的渗透性能。结果表明,通过控制中空纤维的成型条件可以控制中空纤维膜的中空度、壁厚等结构;PEI含量高,空气层高度低,拉伸比大时纤维中空度高,壁厚小;拉伸比和空气层高度对膜孔径的影响并不大,而PEI的含量是影响膜孔径的最主要因素,当PEI含量从40%提升到60%时,孔径从6.1 nm提升到6.9 nm;PEEK与PEI两者相容性好,形成双连续的海绵状孔结构;力学性能表明,PEI含量是影响力学性能的主要因素,当PEI含量从40%提升到60%时,膜强度从0.396 c N/dtex降低到0.267c N/dtex。