水蒸气诱导相分离法制备抗污染聚醚砜亲水膜及其性能研究

作     者：王枫 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘君腾;吴东柱

授予年度：2024年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：聚醚砜膜 蒸汽诱导相分离 抗污染 共混改性 聚(2-乙基-2-噁唑啉) 

摘      要：聚醚砜多孔膜因其优异的稳定性、选择性、机械强度和生物相容性,被应用在废水处理、食品加工、生物医药与工程等众多领域。然而应用过程中的污染与堵塞问题会严重影响滤膜的渗透通量、分离效率和使用寿命。制备膜孔结构可控、亲水性较好、抗污染能力较强的聚醚砜微滤膜具有重要意义。 首先根据蒸汽诱导相分离法(VIPS)制膜条件,实验室自制了刮膜机,制备具有双连续状结构、高渗透通量的聚醚砜微滤膜。实验中聚醚砜(PES)的含量为12 wt%,溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP),致孔添加剂为聚乙二醇(PEG400)和乙二醇甲醚(2-ME),通过改变溶剂和添加剂的比例可以制备不同孔径的PES微滤膜。调控VIPS条件,发现相对湿度在50%以上时,水蒸气可以通过表面进入膜液引导相转化,但超过90%膜断面会形成大孔结构;暴露时间需在5min以上时膜结构从指状孔完全转变成双连续状;风速对膜表面的相分离速度影响较大。 采用共混亲水改性方法制备了PES/PEOX、PES/PVP、PES/SPES共混微滤膜。发现PEOX与PES具有很好的相容性,成膜后PEOX均匀分布在膜表面并增强了膜的亲水性,随PEOX50k含量的增加,膜的静态接触角从95.9°减小至68.9°,吸水率从1.6增大至1.78,纯水通量最高达到74212 L/h/m2/bar。PVP在增强膜亲水性的同时对膜孔结构的影响较大,在膜表面具有很强的扩孔作用;SPES有效增强了膜的亲水性和吸水性能,但容易形成相对致密的膜表层;相对来说,PEOX作为一种可生物降解的亲水添加剂,一方面有效加强了膜的亲水能力,增强了渗透性能,另一方面没有剧烈改变膜孔结构,保持了原有的PES膜结构。 将PES共混微滤膜应用于蛋白质吸附和过滤蛋白质溶液的场景中,发现亲水剂含量为1.0 wt%时,PES/PEOX共混膜的BSA吸附量相比于原PES膜降低了40.3%-46.2%;吸附过程与Langmuir热力学模型和准二级动力学模型的拟合结果相匹配;相比于原PES膜10.51%的BSA截留率,PES/PEOX共混膜的BSA截留率降低至3.91%,并且对2μm微粒的截留率都保持在较高水平;三种共混膜与PES膜的粗糙度顺序从小到大为PES/PEOX 更多 还原 AbstractFilter( ChDivSummary , ChDivSummaryMore , ChDivSummaryReset );