亲水性聚乳酸分离膜的制备及其性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aywjx
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在生产生活中大量废弃的分离膜造成了严重的污染和浪费,影响生态和环境健康。目前传统的废弃膜处理方法通常也会导致次生污染的发生。可生物降解分离膜材料可通过一定的生物催化化学过程将膜完全降解成二氧化碳和水,不会对生态环境造成破坏。目前对可生物降解分离膜材料的研究还比较少,尽管聚乳酸(PLA)作为一种可生物降解材料已经应用于包装和医疗行业,但在分离领域的研究依然不充分且应用种类较为单一。尤其是PLA具有明显的疏水性,影响了其在分离领域的应用。因此,开发可降解的亲水PLA分离膜材料是十分重要的。面向油水乳液分离领域,通过将PEO交联网络在分子层面与PLA进行共混,利用静电纺丝技术制备了非对称PLA纳米纤维膜,从而实现PLA膜从疏水到超亲水的逆转。研究表明,共混的PEO交联网络可通过分子链的缠绕与PLA紧密结合,制备的超亲水PLA纳米纤维膜初始接触角达到44.1°,并在0.9s降低至0°,水下油接触角达到154.7°,对含有表面活性剂的水包油乳液的渗透通量最高达20987 L·m-2·h-1·bar-1,分离效率99.6%,并在20次循环测试中分离性能保持稳定,在p H=1-12的环境下水解十分缓慢,在p H=14的条件下快速降解。并验证了PLA纳米纤维膜在分离含有表面活性剂的水包油乳液的过程中,其分离性能受到膜的选择润湿性、孔径和荷电性的共同调控。面向胶体分离领域,利用Tween80与PVP(K30)的协同作用对PLA平板膜和中空纤维膜进行共混改性。通过相转化法制备的PLA平板膜纯水通量达到112 L·m-2·h-1·bar-1,BSA截留率可达96%。通过干喷-湿纺法制备了PLA中空纤维膜,对纺丝过程中的内芯液流量、空气间隙、纺丝液流量和牵引速率对膜的影响进行了分析。最终制得的PLA中空纤维膜具有双指状孔结构的截面,疏松多孔的内表面,多孔皮层结构的外表面。内表面纯水接触角达到50.1°,较纯膜下降约20°,纯水通量151.2 L·m-2·h-1·bar-1,氢氧化铁胶体截留率达到98.5%,同时耐污染性能得到提高,通量恢复率达到86.8%。本研究证明,可通过共混改性的方式增加PLA膜的亲水性,调控膜的结构,本研究为可生物降解分离膜的制备及应用探索提供了前瞻性基础性的研究,也为实现疏水膜材料的亲水改性提供了一定的思路。
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