PVA与PVB溶液相分离机理及其超滤膜制备的研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:d_kong
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本文研究了聚乙烯醇(PVA)/水(H2O)溶液在有机溶剂凝胶浴及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/二甲基乙酰胺(DMAc)在水中的相分离机理,制备了PVB中空纤维超滤膜,考察了影响PVB中空纤维超滤膜性能和结构的因素,研究结果如下: 首先,以PVA为膜材料,采用丙酮(Acetone,AC)、异丙醇(Isopropanol,IPA)和四氢呋喃(Tetrahydrofuran,THF)作为PVA/H2O溶液的凝胶剂,研究了PVA/H2O溶液在凝胶剂中的成膜机理。结果表明,AC的非溶剂能力最强,IPA和THF的非溶剂能力相似;PVA聚合度对浊点线位置影响不大,而PVA醇解度的影响比较明显。光透射表征的凝胶动力学结果表明,PVA溶液不含添加剂时,在三种凝胶介质中均发生延迟分相,且随着聚合度和醇解度的增大,延迟时间减少;PVA溶液中加入添加剂聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG),可使得溶液在AC中的分相由延迟分相转为瞬时分相;PEG浓度由2%增加到6%,凝胶速率加快;PEG分子量增大,凝胶速率增大。利用Cahn指数方程对凝胶动力学的分析结果表明,PVA1799和PVA2499在AC中发生旋节线分相,而PVA1788则发生成核生长分相。溶剂与非溶剂间的交换速率对膜结构有明显的影响。与此同时,采用戊二醛化学交联和高温热处理结晶对PVA膜改性后,延长热处理时间和化学交联时间,可提高PVA的结晶度和交联度;PVA在水中的溶胀度随着交联度和结晶度的提高而降低,但是仍具有一定程度的溶胀,化学交联和热处理后的最低的尺寸溶胀度分别为15%和27%左右;纯水渗透通量亦随着交联度和结晶度的提高而降低,但是热结晶后的PVA膜的耐压性能要比戊二醛交联后的PVA的耐压性能好;PVA膜在湿态下和干态下的性能相差较大,热结晶后的PVA膜的机械性能要好。 其次,以PVB为膜材料,讨论了添加剂PVP的浓度(2%,4%,6%,8%和10%)、PEG分子量(2000,4000,6000和10000)、PVB浓度及凝胶浴组成对PVB/DMAc溶液在水中的凝胶动力学及其对PVB中空纤维超滤膜结构和性能的影响。PVB凝胶动力学结果显示,随着PVP浓度的升高,其凝胶速率减慢;在内外凝胶浴均为H2O的条件下,PVB中空纤维膜断面呈双层指状孔结构,膜的渗透通量随着PVP浓度的升高先上升后下降,但是PVP的浓度对PVB中空纤维膜的截留率的影响不大。PEG的分子量从2000增加到10000,PVB中空纤维膜的纯水通量随着增大,但是PEG分子量>6000后,PVB/PEG/DMAc体系的相容性变差。降低PVB的浓度至15%,PVB膜的纯水通量增加,截留率变化不明显;芯液中DMAc的含量从0%增加到95%,PVB膜由双层指状孔结构变为单层指状孔结构,且PVB膜的内皮层先减小后增大,DMAc含量为85%时,PVB膜的皮层厚度最小,纯水通量最大,为200L·m-2·h-1。采用铸膜液组成为PVB∶PVP∶DMAc=15∶6∶79和芯液组成为DMAc∶H2O=85∶15,可获得PVB中空纤维超滤膜,具有孔径分布窄,该膜对BSA截留率为98%,对葡聚糖(Dextran,Dex,Mw=40,000)截留率仅为12%。 此外,考察了PVB分别与全氟磺酸(PFSA)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和聚砜(PS)的共混。根据聚合物相容性的溶解度参数理论,与PVB相容性的顺序为PVDF、PES、PVC、PS,所制备的-PVB膜纯水通量与聚合物之间的相容性有关,聚合物之间的相容性越好,所获得的共混膜通量越高。PVB与PFSA共混制备的中空纤维膜,其通量为50L·m-2·h-1,PEG4000截留率为83%。 最后,以牛血清蛋白(BSA)、牛奶和豆浆为料液,考察了所制备的PVB膜的耐污染性能,结果表明,PVB膜具有相对较好的抗污染性能,而PVB共混膜的抗污染性能稍差。
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