高性能聚醚砜超滤膜的制备及其性能研究

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超滤是一种成熟的分离技术,广泛应用于制药、乳品、蛋白质、食品等行业。在各种膜材料中,聚醚砜因其优异的抗氧化性、热稳定性和水解稳定性而受到超滤膜的广泛关注。但是,由于PES膜的疏水性,容易受到蛋白质等分子的污染,导致能耗增加,膜寿命缩短。因此,如何提高PES膜的防污性能成为膜技术研究的热点。本文采用非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备了改性的聚醚砜超滤膜。通过探讨不同的添加剂以及不同的凝固浴,采用扫描电镜、原子力显微镜、静态水接触角测试、水通量测试以及抗污染测试等手段对改性膜的结构及性能影响进行探究。具体研究内容如下:1.普鲁士蓝(PB)作为一种类似于MOFs的纳米材料,作为添加剂被添加到PES材料中,采用NIPS方法制备的PB/PES超滤膜。由于PB表面带有大量电荷,使得改性PES膜的载荷能力增强。结果表明,当普鲁士蓝纳米粒子(PB-NPs)的含量增加到0.2wt%时,膜的纯水通量达到107.37 L m-2h-1,比PES膜提高了72.8%。通过不同p H值的BSA水溶液过滤实验表明,当BSA水溶液p H<3.55或p H>5.0时,添加PB-NPs不仅增加了PES膜表面的荷电容量,还提高了PES膜的防污性能,其FRR值达到90.73%。2.采用水热合成法制备了柠檬酸修饰的普鲁士蓝(CPB),使其表面带有大量的羧基以及羟基,从而提高膜的亲水性。通过静态水接触角测试,CPB/PES膜的亲水性显著提高。随着CPB-NPs的加入,膜的渗透性能以及防污性能均得到了改善,其中膜M9的水通量达到117.39 L m-2h-1,BSA的截留率达到89.73%,并且FRR值达到了94.81%。3.采用不同的凝固浴制备PES超滤膜,研究了其结构与性能。通过对比不同比例的CS凝固浴与PVA凝固浴制备的PES膜的静态水接触角、水通量测试以及抗污染测试发现,在0.1%到2%的这个区间内,相同比例的CS凝固浴制得的膜的亲水性要比PVA凝固浴制得的好,并且相同比例的CS凝固浴制得的膜的防污性能也要比PVA凝固浴制得的好。
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