PA/PDMS交联杂化耐溶剂纳滤膜制备及性能研究

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有机溶剂在工业上被广泛使用,但若直接排放会对环境和人体造成极大危害。传统有机溶剂分离回用方法(如精馏、吸收和萃取等)能耗大,易造成二次污染。相比,耐溶剂纳滤(SRNF)被证实是一种处理有机溶剂绿色、高效、低能耗的具有广泛应用前景的新方法。其中耐溶剂纳滤膜是SRNF的核心部件,直接决定系统的分离效率和使用寿命。开发高性能、长寿命且通用的耐溶剂纳滤膜已成为SRNF的重要挑战和亟待解决的问题之一。基于有机溶剂的化学特性,耐溶剂纳滤膜应满足以下要求:(1)高性能:在强溶胀溶剂中具有良好的分离性能(即高通量和选择性);(2)长寿命:在有机溶剂中长期使用(即高化学稳定性和机械稳定性);(3)通用性:可用于复杂的分离体系(即多种有机溶剂混合体系)。目前已研发的绝大多数耐溶剂纳滤膜不能同时满足上述要求,已工业应用的纳滤膜也仅用于某些特定的溶剂。目前耐溶剂纳滤膜材料主要有聚亚胺和聚硅氧烷,聚亚胺亲水性较强,而聚硅氧烷疏水性较强。论文旨在通过界面聚合交联制备聚酰胺和聚硅氧烷亲、疏水互串网络分离层,调控膜的“溶胀度”。论文的主要研究内容和结果为:(1)论文以聚丙烯腈(PAN)超滤膜为支撑层,聚酰胺(PA)和聚硅氧烷(PDMS)杂化材料为分离层,制备新型耐溶剂纳滤膜。具体制备方法为:首先将聚乙烯亚胺(PEI)浸涂在PAN膜表面,然后将含有交联剂(均苯三甲酰氯,TMC)的PDMS溶液倒在膜表面,TMC与PEI通过界面聚合反应形成聚酰胺(PA)的同时,也可将PDMS共价交联到链上形成互穿网络聚合物。反应使PEI中亚胺基团失去活泼氢。红外图谱(FTIR)结果表明,PDMS通过TMC的交联成功引入到PEI薄层上;扫描电镜(SEM)结果表明膜为三层结构,分别为聚丙烯腈(PAN)支撑层、亲水性较强的PEI和TMC聚合物层和疏水性强的PDMS层,形成了交联的三维互穿网络结构;示差扫描量热法分析(DSC)结果表明,PDMS的引入,提高了膜的玻璃化温度;热重分析(TGA)结果表明膜具有良好的热稳定性;拉伸测试的结果表明交联聚合提高了膜的机械稳定性,拉伸强度达到45.8MPa。(2)论文考察了膜在不同有机溶剂中的吸附溶胀行为,实验结果表明该膜对丙酮、乙酸乙酯、乙醇、正辛烷类有良好的耐溶剂性能,膜在四种溶剂中的溶胀度分别为1.99%、0.07%、2.0%和3.35%;膜对四种溶剂的吸附率分别为9.96%、14.4%、14.4%和14.35。(3)论文考察了膜的分离效果。结果表明,醇、酯、酮类溶剂有较大的通量,膜对分子量600及以上的高分子物质具有很好的截留效果。例如,对于异丙醇溶剂,在1MPa压力下膜通量达到9.6Lm-2h-1,对于PEG600的截留率达到95%以上。实验对膜进行8h的连续过滤,结果发现在运行中膜保持良好的操作稳定性,通量从3.44Lm-2h-1下降为2.49Lm-2h-1。综上所述,论文所制备的耐溶剂纳滤膜,具有良好的热稳定性和机械稳定性;对酯、酮、醇、烷类有良好的耐溶剂性能;膜对分子量600及以上的高分子物质具有很好的截留效果,醇、酯、酮类溶剂有较大的通量。论文提出了膜溶胀度的调控方法,为后期进一步优化膜的性能奠定了基础。
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