论文总字数：19395字

摘 要

本论文选取聚醚砜作为膜材料，以N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）作为溶剂，以高亲水性材料Pluronic F127作为添加剂，采用浸没沉淀相转化法制备了PES/F127共混超滤膜，研究了铸膜液配比、搅拌时间、搅拌温度、凝固浴温度、添加剂含量对膜性能和结构的影响。傅里叶红外光谱图表明，随着F127加入量增多，共混膜中 F127含量逐渐增加；电镜照片表明F127的引入明显地改变了膜的表面结构，膜的孔隙率发生变化；接触角的测量表明F127的引入能使PES膜的接触角降低，膜的亲水性提高；水通量的测定表明F127的引入能使PES膜的水通量和通量恢复率明显增加，改性膜的分离性能和抗污染性能相对于未改性膜有明显改善；实验结果表明，最适宜的成膜条件为：PES/DMAC配比15%、F127含量8%、搅拌时间24h、搅拌温度40℃、凝固浴温度20℃。

关键词：聚醚砜超滤膜；F127；亲水性；共混改性

Research of PES ultrafiltration membrane hydrophilization blending modification

Abstract

This paper selects polyethersulfone as membrane material, with N, N– dimethylacetamide (DMAC) as solvent, Pluronic F127 with high hydrophilic materials as additive. And immersion precipitation phase inversion method is used to prepare the PES/F127 blend ultrafiltration membrane. In this paper, the effects of compounding ratio of casting solution, stirring time and temperature and temperature of coagulation bath on the properties and structure of membrane were studyed. The graph of FT-IR indicate that with the increasing amount of F127, the F127 content in blend films has been gradually increased.The picture of electron microscope indicate that the introduction of F127 has obviously changed the surface structure of membrane and the porosity of membrane. The measurement of contact angle indicate that the introduction of F127 can decrease the contact angle of PES membrane and meanwhile improve its hydrophilicity. The determination of water flux indicate that the introduction of F127 can obviously improve the recovery rate of the water flux and flux of PES membrane. And comparing with unmodified membrane, the separation properties and anti-pollution performance of the one modified have a significant improvement. The best membrane-forming conditions are 15 percent of PES/DMAC compounding ratio, 8 percent of F127 content, 12 hours of stirring time, 40 degrees centigrade of stirring temperature and 20 degrees centigrade of coagulation bath temperature.

Keywords: PES ultrafiltration membrane; F127; Hydrophilicity; Blending modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 膜分离技术 1

1.1.1 膜分离技术发展概况 1

1.1.2 膜分离的基本原理 1

1.1.3 膜分离技术的特点 1

1.1.4 膜的分类 1

1.2 超滤膜技术 1

1.2.1 超滤的原理 1

1.2.2 超滤的应用 1

1.2.3 超滤膜膜材料的种类 2

1.3 聚醚砜膜材料的改性研究 2

1.3.1 聚醚砜概述 2

1.3.2 聚醚砜膜亲水改性的主要方法 2

1.3.3 利用F127对聚醚砜膜亲水化共混改性 3

1.4 课题研究的目的和内容 4

1.4.1 课题研究目的 4

1.4.1 课题研究内容 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验材料及试剂 5

2.2 实验仪器 5

2.3 膜制备方法 5

2.4 膜性能和结构表征 5

2.4.1 超滤膜亲水性的测定 5

2.4.2 超滤膜分离性能的测定 6

2.4.3 超滤膜抗污染性能的测定 7

2.4.4 超滤膜结构的测定 7

第三章 实验结果与讨论 8

3.1 铸膜液配比的选择 8

3.2 搅拌时间对膜分离性能的影响 8

3.3 搅拌温度对膜分离性能的影响 9

3.4 凝固浴温度对膜分离性能的影响 9

3.5 添加剂含量对膜性能和结构的影响 10

3.5.1 F127添加量对膜亲水性的影响 10

3.5.2 F127添加量对膜孔隙率的影响 11

3.5.3 F127添加量对膜分离性能的影响 12

3.5.4 F127添加量对膜抗污染性能的影响 13

3.5.5 傅里叶-红外光谱分析（ATR-FTIR） 14

3.5.6 扫描电镜分析（SEM） 14

第四章 结 论 16

致 谢 17

参考文献 18

第一章 引 言

1.1 膜分离技术

1.1.1 膜分离技术发展概况

膜分离现象广泛存在于大自然中，尤其是生物体内。关于膜现象的研究最早出现于18世纪，但直到20世纪60年代，膜技术才开始应用于工业^[1]。1960年Loe和Sourirajand发明了不对称结构的醋酸纤维素膜，将反渗透技术从实验室推向了工业应用^[2]。之后，膜分离技术进入飞速发展的时代，各种新型膜陆续问世。随着近几十年的发展，膜分离技术以其绿色高效的优点，已经广泛应用于工业领域，拥有广阔的应用前景^[3]。

1.1.2 膜分离的基本原理

在膜分离过程中，当在膜两侧施加推动力时，具有选择透过性的膜会根据被分离物质粒径大小的不同，对膜两侧的组分进行选择性筛分，从而实现分离的目的。其中推动力有压力差、浓度差、电位差、温度差等。

1.1.3 膜分离技术的特点

膜分离技术具有如下特点^[4,5]：（1）膜分离过程不存在相变化，能耗较低。（2）膜分离过程是在常温下即可进行的分离过程，能够良好地分离热敏性物质。（3）膜分离技术适用范围广，既可以分离有机物和无机物，也可以分离病毒和细菌，还适用于许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子、无机盐的分离以及一些共沸物或近沸点物系的分离。（4）膜分离装置简单，占地小，操作容易。

1.1.4 膜的分类

膜具有多种分类标准，按照常见的分类标准可将膜作如下分类^[3,6]：（1）根据分离原理和孔径大小的不同可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。（2）根据材料的不同可以分为有机膜和无机膜。（3）根据状态的不同可以分为固态膜、液态膜和气态膜。（4）根据结构的不同可以分为对成膜和不对成膜。（5）根据形状不同，可以分为平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维膜。（6）根据分离机理的不同可以分为扩散性膜、吸附性膜、离子交换膜、选择性膜和非选择性膜。

1.2 超滤膜技术

1.2.1 超滤的原理

超滤（UF）是在静压差推动力的作用下进行的筛孔分离过程^[7]，在外界压力的推动作用下，混合液中的溶剂和小分子溶质可透过膜孔到达另一侧，大分子溶质则被截留，从而实现分离。同时，除了机械筛分外，影响超滤分离过程的因素还有两个：（1）溶剂、溶质与膜材料之间的相互作用，包括范德华力、氢键、静电等；（2）超滤膜的平均孔径和孔径分布^[8]。

1.2.2 超滤的应用

超滤膜孔径为0.001-0.02μm，截留分子量为500-500000u，主要用于分离大分子溶质、乳液和胶体分散液等。近年来，由于其具有能耗低、污染小、设备简易、操作简单等优点，得到了广泛的应用，涵盖食品加工、高纯水制备、工业废水处理、医药应用、生物技术等多个领域。其在水处理行业的广泛应用，对于减少水环境污染、提高资源利用率、降低能源消耗、兼顾经济效益与环境效益具有重大作用。

1.2.3 超滤膜膜材料的种类

超滤膜膜材料的种类有很多，总体上可以分为有机高分子膜材料和无机膜材料两类：

1. 有机高分子材料

纤维素衍生物类：具有成膜性能好、价格低廉的特点。主要的纤维素衍生物类材料有二醋酸纤维素（CA）、三醋酸纤维素（CTA）等。

再生纤维素类：具有亲水性强、抗污染性能好等优点，广泛应用于食品和化妆品领域。但其造价高且pH的适用范围小。

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