探索亲水改性聚丙烯腈超滤膜及抗污染性能研究

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1、亲水改性聚丙烯腈超滤膜及抗污染性能研究HydrophilicModificationofPolyacrylonitriIe(PAN)UitrafiltrationMembranesandStudyonAntifoulingProperty硕士学位论文学科专业：化学工艺研究生：李超指导教师：苏延磊副教授天津大学化工学院二零零八年六月摘要作为一种绿色高效的新型分离技术，超滤在生物分离领域具有广阔应用前景。目前，膜污染是制约超滤过程广泛应用的瓶颈。膜材料是影响膜污染的主要因素，本论文以降低高分子超滤膜在生物分离中的污染为出发点，制备了抗污染超滤膜，并对其

2、性能进行了系统的研究。用聚电解质甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)亲水改性聚丙烯腈膜材料。通过自由基聚合方法合成了PAN．DMAEMA共聚物，使用反相成膜技术制备了PAN．DMAEMA超滤膜。XPS结果表明，改性后的膜表面PDMAEMA基团得到富集。PAN．DMAEMA超滤膜具有显著的环境响应性能，随着离子强度和溶液pH值的增大，PAN．DMAMEA的渗透通量增大。这主要是因为在高离子强度和碱性条件下，PDMAEMA高分子链收缩，超滤膜的孔径变大。蛋白质吸附实验结果表明：在1．0mol／LNaCI和pH=9．5时，PAN．DMAEMA超滤膜具有

3、很低的膜表面蛋白质吸附量。这主要是因为PDMAEMA的构象变化使更多的酯基富集在膜的表面，提高了表面的亲水性，降低了蛋白质在膜表面的吸附。随着溶液中NaCI的浓度的增大和pH值的增大，抵抗蛋白质吸附的能力增强，PAN．DMAEMA超滤膜的抗污染性能提高。用铈盐和聚7_,--醇(PEG)组成氧化还原体系引发丙烯腈聚合，获得亲水改性的一系列不同PEG分子量的聚丙烯腈(PAN)共聚物PAN．PEG400、PAN．PEGl000、PAN．PEG2000、PAN．PEG4000、PAN．PEG6000，以二甲基甲酰胺(DMF)和水分别为溶剂和非溶剂，通过相转

4、换法制得PAN．PEG超滤膜。红外光谱分析结果表明PEG分子存在于膜中；接触角结果表明亲水性增强；超滤实验结果发现PAN．PEG2000、PAN．PEG4000取得了良好的抗污染效果。将PAN．PEG2000作为改性剂与PAN共混，制得PAN／PAN．PEG2000共混超滤膜。通过超滤实验结果表明：PEG亲水改性提高了PAN超滤膜的抗污染性能，总污染指数和不可逆污染指数均显著降低。应用仿生的思想，将亲水性的磷脂胆碱(MPC)引入到膜材料中。首先合成了MPC．BMA磷脂聚合物，将其作为改性剂，与聚醚砜(PES)共混，通过相转化法制得改性超滤膜。对其抗

5、污染性能、亲水性能、表面组成、以及断面结构进行了表征。蛋白质吸附实验表明，随着MPC．BMA磷脂聚合物的增加，吸附量显著降低。超滤实验表明经过三次循环，改性后的超滤膜的抗污染效果仍能保持较高水平，在pH---4．5"-'9．0的范围内保持较好的抗污染能力。关键词：超滤；抗污染性能；聚乙二醇；环境响应：磷脂聚合物ABSTRACTAsagreenandenergy-efficientseparationtechnology,ultrafiltrationexhibitsavastprospectofapplicationinbioseparation，

6、whilemembranefoulingstillconstitutesabottleneckofitsdevelopment．Membranematerialsshowgreatimpactonmembranefouling．Inordertoreducemembranefoulingduringbiosepration，modifiedultrafiltrationmembraneswereinvestigated．Aweakpolyelectrolyteultrafiltrationmembranesbasedonpoly(acrylonit

7、rileand2-Dimethylaminoethylmethacrylate)(PAN—DMAEMA)copolymerwaspreparedbyphaseinversioninawetprocess．TheresultofX-rayphotoelectronspectroscopy(xps)analysisprovidedthatenrichmentofPDMAEMAonthesurfaceofmembranes．WaterfluxofPAN．DMAEMAultrafiltrationmembraneiStamableduetotheswitc

8、hofthestretchedandcollapsedstatesofthepolymerchainsforPDMAEMA