新型ppes+中空纤维超滤膜的研制

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1、新型PPES中空纤维超滤膜的研制*韩俊南杨大令张守海张瑶左月蹇锡高大连理工大学化工学院高分子材料系，辽宁省高性能树脂工程技术研究中心，大连116012摘要：以杂萘联苯聚芳醚砜(PPES)为膜材料，N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，一缩二乙二醇、乙二醇甲醚和丙三醇为非溶剂添加剂(NSA)，采用干-湿相转化技术制备了中空纤维非对称超滤膜。考察了不同添加剂对膜结构和性能的影响，并用扫描电子显微镜(SEM)对膜的结构进行了表征。实验结果表明，以丙三醇为非溶剂添加剂时，当其在铸膜液体系中的邻近比大于0.8时，

2、膜的断面结构具有部分球状结构，表明其成膜过程为成核-生长机理。以乙二醇2甲醚为添加剂，当其在铸膜液体系中的邻近比为0.95时，膜的通量可达402L/(m·h)，对PEG6000的截留率在95%以上。关键词：杂萘联苯聚芳醚砜；中空纤维；相分离；超滤膜结构与性能开发性能优良的膜材料和研制耐热、高效分离膜成为膜技术发展的一个重要方向。含二氮杂萘酮联苯结构系列聚芳醚砜酮是大连理工大学成功开发的商品化新型聚芳醚树脂。由于该聚合物分子链中的二氮杂萘酮结构具有全芳香性、非共平面、扭曲的结构特点，该结构的存在不

3、仅赋予了聚醚砜酮较高的玻璃化转变温度(Tg为263-305℃)，较高的机械强度和耐酸碱、抗氧化性而且用于膜材料时也表现出了良好的溶解性能、选择渗透性能和优良的耐热稳[1,2]定性，被认为是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚树脂。近年来中空纤维膜由于具有填充密度高、不需要任何支撑体、耐压性能好、设备小型化[3]以及结构简单化等诸多优点而得到了广泛的应用。本文以杂萘联苯聚芳醚砜(PPES)为膜材料，N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）为溶剂，一缩二乙二醇（DegOH）、乙二醇甲醚（EGME）和丙三醇（Gyl

4、cerol）为非溶剂添加剂(NSA)，采用干-湿相转化技术制备了中空纤维非对称超滤膜。考察了不同添加剂对PPES/NMP/NSA体系相分离行为以及其对聚合物膜结构和性能的影响。作者简介：韩俊南（1983-），男，河南省汝州市人，博士，从事高性能中空纤维分离膜的制备及应用研究；*通讯联系人，E-mail:jian4616@dl.cnOOONNSnOFig.1.Chemicalstructureofpoly(phthalazinoneethersulfone)(PPES)1实验部分1.1实验原料及装

5、置PPES，大连宝力摩新材料有限公司，在NMP中[η]＝0.58dL/g；NMP，工业纯，日本三菱株式会社；聚乙二醇(PEG)2000、聚乙二醇(PEG)6000、一缩二乙二醇、乙二醇甲醚和丙三醇及其他试剂均为市售分析纯。中空纤维纺丝设备，自制；中空纤维超滤膜评价装置，自制；751分光光度计，上海分析仪器厂。1.2中空纤维膜及膜组件的制备配制一定浓度的PPES铸膜液，待溶解完全后加入料罐，真空静置脱泡24h，采用干-湿相转化法纺制中空纤维膜；将新纺出的膜放在水中进行溶剂交换，48h后可制成中空纤

6、维超滤膜组件进行测试。1.3膜的性能评价将制得的中空纤维膜组件组装在超滤膜评价装置上，在室温、0.12MPa下用去离子水预压30min，然后在0.1MPa下测定单位时间内透过液的体积，按式F=Q/(At)计算膜的水通量，22式中，F为水通量，L/(m·h)；Q为透过液的体积，L；A为中空纤维的有效膜面积，m；t为时间，h。配置浓度均为100ppm的聚乙二醇溶液作为原料液测试中空纤维膜组件的截留性能。[4]PEG水溶液浓度的分析采用改进的Dragendoff试剂法。分别将原液与透过液用751分光光

7、度计测定吸光度，利用预先标定的浓度-吸光度标准曲线算出对应浓度，按式R=（1－Cp/Cf）×100%计算截留率R，式中，R为截留率(%)；Cp为透过液浓度；Cf为进料液浓度。1.4膜的断面结构表征将待测中空纤维膜经乙醇三级脱水处理后在液氮中淬断，做镀金处理，采用美国OxfordJEOLJSM-5600LV扫描电子显微镜(SEM)观察膜断面形态结构。2结果与讨论2.1不同添加剂对铸膜液体系相分离的影响不同种类的添加剂对制膜液体系的相行为及制膜液的凝胶沉淀过程速度有很大影响，从而影响膜的结构和性能。

8、本文主要考察了一缩二乙二醇、乙二醇甲醚和丙三醇为非溶剂添加剂对膜性能的影响。它们对聚合物溶液相分离行为的影响具有显著的差异。如图2所示，三种添加剂对铸膜液体系的作用规律为：丙三醇＞一缩二乙二醇＞乙二醇甲醚。其中丙三醇的相分离曲线与PPES-Solvent轴最为接近，表明其与聚合物之间的相互作用参数值最大，与聚合物的亲和性最差；相反，乙二醇甲醚的相分离曲线距离PPES-Solvent轴最远，说明其是一种较弱的非溶剂添加剂，与聚合物的亲和性相对较好。0.50.50.60.40.70.3Polvent