亲水改性聚丙烯腈超滤膜及抗污染性能研究

作     者：李超 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏延磊

授予年度：2008年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：超滤 抗污染性能 聚乙二醇 环境响应 磷脂聚合物 

摘      要：作为一种绿色高效的新型分离技术,超滤在生物分离领域具有广阔应用前景。目前,膜污染是制约超滤过程广泛应用的瓶颈。膜材料是影响膜污染的主要因素,本论文以降低高分子超滤膜在生物分离中的污染为出发点,制备了抗污染超滤膜,并对其性能进行了系统的研究。 用聚电解质甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)亲水改性聚丙烯腈膜材料。通过自由基聚合方法合成了PAN-DMAEMA共聚物,使用反相成膜技术制备了PAN-DMAEMA超滤膜。XPS结果表明,改性后的膜表面PDMAEMA基团得到富集。PAN-DMAEMA超滤膜具有显著的环境响应性能,随着离子强度和溶液pH值的增大,PAN-DMAMEA的渗透通量增大。这主要是因为在高离子强度和碱性条件下,PDMAEMA高分子链收缩,超滤膜的孔径变大。蛋白质吸附实验结果表明:在1.0 mol/L NaCl和pH=9.5时,PAN-DMAEMA超滤膜具有很低的膜表面蛋白质吸附量。这主要是因为PDMAEMA的构象变化使更多的酯基富集在膜的表面,提高了表面的亲水性,降低了蛋白质在膜表面的吸附。随着溶液中NaCl的浓度的增大和pH值的增大,抵抗蛋白质吸附的能力增强,PAN-DMAEMA超滤膜的抗污染性能提高。 用铈盐和聚乙二醇(PEG)组成氧化还原体系引发丙烯腈聚合,获得亲水改性的一系列不同PEG分子量的聚丙烯腈(PAN)共聚物PAN-PEG400、PAN-PEG1000、PAN-PEG2000、PAN-PEG4000、PAN-PEG6000,以二甲基甲酰胺(DMF)和水分别为溶剂和非溶剂,通过相转换法制得PAN-PEG超滤膜。红外光谱分析结果表明PEG分子存在于膜中;接触角结果表明亲水性增强;超滤实验结果发现PAN-PEG2000、PAN-PEG4000取得了良好的抗污染效果。将PAN-PEG2000作为改性剂与PAN共混,制得PAN/PAN-PEG2000共混超滤膜。通过超滤实验结果表明:PEG亲水改性提高了PAN超滤膜的抗污染性能,总污染指数和不可逆污染指数均显著降低。 应用仿生的思想,将亲水性的磷脂胆碱(MPC)引入到膜材料中。首先合成了MPC-BMA磷脂聚合物,将其作为改性剂,与聚醚砜(PES)共混,通过相转化法制得改性超滤膜。对其抗污染性能、亲水性能、表面组成、以及断面结构进行了表征。蛋白质吸附实验表明,随着MPC-BMA磷脂聚合物的增加,吸附量显著降低。超滤实验表明经过三次循环,改性后的超滤膜的抗污染效果仍能保持较高水平,在pH=4.5～9.0的范围内保持较好的抗污染能力。