基于刺激响应性超滤膜的制备及性能研究

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1、天津大学硕士学位论文刺激响应性超滤膜的制备及性能研究姓名：王立军申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：苏延磊20090601摘要膜污染是限制超滤过程广泛应用的瓶颈，因而研究膜污染机理和开发抑制膜污染的方法已经成为超滤领域的一个研究热点。论文以解决高分子超滤膜污染为出发点，采用聚电解质为表面改性分子，制备了不同类型的表面偏析超滤膜并对其性能进行了系统的研究。以铈盐为引发剂，采用水相自由基聚合方法将弱碱性聚电解质甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(poly2-dimethylaminoethylmethacrylate)(PDMAEMA)接枝到醋酸纤维素(CA)

2、粉末表面。以合成的醋酸纤维素接枝聚电解质甲基丙烯酸二甲胺基乙酯共聚物(CA．PDMAEMA)为膜材料，相转化法制备了超滤膜。CA．PDMAEMA膜在pH值为8时的渗透通量是pH值为6时的3．9倍以上。当溶液pH值为4时，CA—PDMAEMA膜在氯化钠浓度为1mol／L时的渗透通量是氯化钠浓度为0mol／L时时的2．7倍以上。CA．PDMAEMA膜渗透通量的可调控是由于PDMAEMA链在不同pH值、盐浓度的原料液中会发生由卷曲到伸展的构象变化。通过自由基聚合方法合成了聚醚砜和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(poly(polyethersulfoneand2-d

3、imethylaminoethylmethacrylate)，简写为PES．DMAEMA)共聚物。以PES．DMAEMA为膜材料，相转化法制备了非对称结构的超滤膜。研究发现：PES．DMAEMA膜具有刺激一响应性能，提高溶液的pH值和离子强度显著增加膜的水通量。超滤试验结果表明接枝改性可有效提高PES超滤膜的抗污染(尤其是抗不可逆污染)性能。PES．DMAEMA超滤膜能够长期运行，重复利用后分离性质没有显著的降低。通过水相自由基聚合方法合成一种新型膜材料PAN．MPDSAH共聚物，使用相转化法制备了PAN—MPDSAH共聚物膜。与PAN膜比较，两性P

4、AN—MPDSAH膜具有更好的亲水性、可湿性、抗蛋白质吸附性。超滤试验结果表明：两性MPDSAH链段在改性PAN膜表面的富集大大降低了膜污染尤其是不可逆污染。改性PAN膜表面高亲水的MPDSAH链段有效的阻止了BSA的不可逆吸附，超滤过程中的蛋白质沉积通过简单的水力清洗能够很容易的清除。改性超滤膜能够长期运行，重复利用后分离性质没有显著的降低。关键词：超滤；聚电解质：刺激响应性；抗污染ABSTRACTMembranefoulingconstitutesabottle—necklimitingthewideapplicationofultrafiltr

5、ation；therefore，investigatingthefoulingmechanismanddevelopingmethodstoinhibitmembranefoulinghadbecomeallimportantresearchissueinultrafiltrationarea．Inthisdissertation，withtheaimofreducingmembranefoulingduringbioseparation，weprepareddifferentsurfacesegregatedmembranethroughsegre

6、gationmethodusingdifferentpolyelectrolyteaSmembranesurfacemodifyingagent(MSMA)，andinvestigatedseparationperformanceandanti-foulingabilityofsurfacesegregatedmembranes．Weakbasicpolyelectrolytepoly(2-dimethylaminoethylmethacrylate)(PDMAEMA)wasgraftedoncelluloseacetate(CA)powdervia

7、freeradicalpolymerizationusingceriumionredoxsysteminaqueousphase．ThesynthesizedcelluloseacetategraftedPDMAEMA(CA—PDMAEMA)materialwasusedtopreparemembranebyphaseinversionmethod．WaterfluxofCA—PDMAEMAmembraneatsolutionpH8．0isnearly3．9timeshigherthanthatatsolutionpH6．0．WaterfluxofC

8、A—PDMAEMAmembraneatsolutionpH4．0inthepresentof1．0mol／L