[2-(甲基丙烯酰基氧基)...饰的聚酰胺复合反渗透膜性能_倪玲.pdf
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1、第 卷第期膜科学与技术 年月 (甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵修饰的聚酰胺复合反渗透膜性能倪玲,廖骞,陈宪宏,胡群辉,彭博,路宏伟(湖南工业大学,株洲 ;湖南澳维科技股份有限公司,株洲 )摘要:以 羟基 (羟乙氧基)甲基苯丙酮为光引发剂,在紫外光作用下,将(甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵成功接枝到聚酰胺膜表面上,制备了表面具有两性离子基团的聚酰胺复合反渗透膜对该膜表面形貌、化学结构、电位和亲水性进行了表征,并采用错流渗透试验对膜的分离性能和抗污染性能进行了考察结果表明,两性离子单体通过紫外光引发接枝到聚酰胺反渗透膜表面,接枝后膜表面等电点往中性偏移当接枝
2、单体浓度为 时,膜综合性能最佳,平均水通量为 (),对氯化钠的平均脱盐率达到了 ;牛血清白蛋白()溶液污染后膜通量衰减量为,清洗后通量恢复率达到,该膜的抗污染性能和清洗恢复性能较好关键词:反渗透膜;光引发剂;接枝改性;两性离子;抗污染中图分类号:文献标志码:文章编号:():随着社会经济的不断发展和人们生活水平的不断提高,水资源的供需矛盾变得日益尖锐,淡水资源短缺和水污染问题成为人类面临的主要挑战膜法水处理技术作为一项最重要和最有效的水净化技术之一,具有分离效率高、能耗较低等优点,已被广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐、中水回用以及超纯水制备等领域经过 多年的发展,人们从优化界面聚合工艺、引入水油相
3、添加剂、后处理改性等方面,不断优化聚酰胺反渗透复合膜性能,使其成为最主要的商品化反渗透膜产品但是聚酰胺复合反渗透膜在应用过程中存在耐污染性较差的问题,已成为制约其进一步发展的主要因素因此,如何提升聚酰胺复合反渗透膜的耐污染性是目前研究的主要热点问题如 等通过对市场上部分商品膜进行剖析表征发现,有些商品膜表面可能涂覆了一层聚乙烯醇,用来提高膜表面的耐污染性能通过 表征发现,与未涂覆的膜相比较,涂覆改性膜的膜表面更难沉积腐殖酸,其耐污染性能得到了提高 等 利用聚酰胺表面残留的羧基,以(二甲氨基丙基)乙基碳二 亚 胺盐酸盐()和羟基琥珀酰亚胺()作为催化剂,成功接枝了带正电荷的聚乙烯胺,其抗污染性能
4、优于聚乙烯醇涂覆改性膜 等 利用聚酰胺表面收稿日期:;修改稿收到日期:基金项目:湖南省自然科学基金项目();湖南省教育厅科学研究项目()第一作者简介:倪玲(),女,辽宁庄河市人,博士研究生,高级工程师,研究方向:高分子膜材料及其应用研究 通讯作者,陈宪宏,:;路宏伟,:引用本文:倪玲,廖骞,陈宪宏,等(甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵修饰的聚酰胺复合反渗透膜性能 膜科学与技术,():,.(),():膜科学与技术第 卷残留的氨基,通过席夫碱反应将二醛基羧甲基纤维素成功接枝到了聚酰胺复合反渗透膜表面,改性后对电中性、荷负电以及荷正电模拟污染物的抗污染效果均强于未改性膜 等 采用等
5、离子体聚合法在商用反渗透膜表面沉积三乙二醇二甲醚,膜亲水性得到改善,抗污染性能也大幅提升两性离子聚合物分子结构中同时含有阴、阳离子,其可以通过氢键作用和终端基团的溶剂化作用来束缚水分子,从而形成结合水合层,该层能有效的抵抗有机污染物的吸附 因此,两性离子聚合物是一种理想的抗污染改性材料笔者以羟基(羟乙氧基)甲基苯丙酮为光引发剂,在紫外光作用下,将两性离子化合物(甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵()接枝到聚酰胺复合反渗透膜表面,对其表面形貌、化学结构及理化性质进行了表征分析,并对其抗污染性能进行了考察实验部分原料、试剂及仪器聚砜支撑膜,截留分子量约为 ,水渗透系数约为 (),由
6、湖南澳维科技股份有限公司提供;间苯二胺(,)、樟脑磺 酸(,)、三 乙 胺(,)、正 己 烷()、均苯三甲酰氯(,)、羟基 (羟乙氧基)甲基苯丙酮()、(甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵(,)和氯化钠(),购自北京伊诺凯科技有限公司;牛血清白蛋白(,),购自国药集团化学试剂有限公司;去离子水,实验室自制电导率仪,美国 公司;衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(),美国赛默飞世尔科技公司;场发射扫描电子显微镜(),德国 公司;接触角测量仪,深圳晟鼎科技有限公司;固体表面 电位分析仪,奥地利 公司,实验中采用可调狭缝组件,间隙为 之间,使用的电解质溶液为 氯化钾电解质溶液,温度为,通
7、过 盐酸和 氢氧化钠调节电解质溶液的,测试聚酰胺反渗透膜在不同 条件下的表面流动电位;三用紫外分析仪,宏华仪器设备工贸有限公司实验过程将聚砜支撑膜(基膜)夹在大小约为 的聚四氟乙烯框中,聚四氟乙烯框与基膜之间夹有厚度为 的橡胶垫片,四边用螺丝固定,将膜池水平放置 配制质量分数为 的间苯二胺、的三乙胺和 的樟脑磺酸的水相溶液,温度为 将配制的水相溶液倾倒在膜表面,保证基膜表面完全被液层所覆盖,接触 后,将剩余溶液倒出,并用吹,除去表面剩余液体接着将温度为,质量分数为 的 正己烷溶液倾倒在膜表面,后倒出剩余有机溶液,待有机溶剂挥发后,于 下热处理 ,得到聚酰胺复合反渗透膜()分别配制、和 的 和
8、的羟基(羟乙氧基)甲基苯丙酮混合溶液,然后分别将不同浓度的溶液倒在膜表面上,随后将膜片放置在 紫外灯下照射,接着将膜片放在烘箱 下烘干,最后用纯水冲洗干净后浸泡于纯水中保存,改性后的膜片分别标记为 、和 具体制备流程如图所示反渗透膜渗透性能评价通过连续错流过滤装置进行膜的水渗透性和盐截留性能考察实验过程如下:将反渗透膜片裁剪成规定大 小 放 置 在测 试仪 中,配 制 的 溶液,在压力为 ,流速为 ,单个测试样品的有效膜面积为 ,先预压 ,再测试 记录渗透液的体积和电导率膜水通量()和截留率()分别用式()和()计算:()()式中:为渗透液的体积,;为膜的有效面积,;为过滤的时间,;和分别是进
9、料液和渗透液的质量浓度,反渗透膜接枝率计算通过 重 量 法 测 定 膜 片 接 枝 率 是 常 用 的 方法 分别对接枝前后的膜片用流动纯水冲洗,然后在纯水中浸泡,再用流动纯水冲洗,最后通过真空干燥至恒重,用公式()计算接枝率:接枝率 ()倪玲等:(甲基丙烯酰基氧基)乙基 二甲基(磺酸丙基)氢氧化铵第期修饰的聚酰胺复合反渗透膜性能 式中:和分别为接枝前后的样品质量,;重复测试次取平均值图反渗透膜的制备与改性流程图 结果与讨论膜表面化学结构分析:聚酰胺复合膜;、和 分别为接枝改性聚酰胺复合膜图改性前后聚酰胺复合反渗透膜表面的红外光谱 ,采用 对膜表面化学结构进行表征,结果如图所示由图可知,和 样
10、品在 ,和 处,均出现了聚酰胺功能层的个特征峰,其中 处的吸收峰为酰胺键 (酰胺带)伸缩振动吸收峰;处的吸收峰与芳香酰胺有关,归属于形变振动或苯环 伸缩振动吸收峰;处是酰胺键中(酰胺 带)的面内弯曲振动峰 与 样品相比,接枝改性后的膜(,和 ),在 和 处新增了个吸收峰,分别归属为酯键的 伸缩振动和磺酸基 的伸缩振动吸收峰,表明 单体已成功接枝于聚酰胺层表面另外,由改性前后膜表面 与 键红外吸 收 峰 面 积 比 值(如 表 所 示)可 以 发 现,随 单体浓度的增加,磺酸基 的吸收峰强度增加同时,通过公式()分别计算出 、和 的接枝率为、和,说明接枝率随单体浓度的增加而提高表改性前后膜表面
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