纳米纤维素/聚醚砜复合膜材料制备及成膜机理研究

• 作 者: 唐焕威
• 机 构: 北京林业大学
• 出 处: 北京林业大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 纳米纤维素 聚醚砜 复合膜 成膜机理 抗污染性能

为改善膜材料抗污染性能,拓宽其应用范围,本文通过超声方法将纳米纤维素均匀分散,形成宏观均相的纳米纤维素/聚醚砜共混铸膜液。采用浸没沉淀相转化工艺制备纳米纤维素/聚醚砜复合膜材料。本文系统地研究了制备工艺条件对复合膜结构的调控规律和性能影响。结合正交试验得到复合膜的最佳制备工艺条件为:纳米纤维素质量分数为1％、聚醚砜质量分数18％、溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、添加剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.3％、凝胶浴温度为30℃、凝胶浴为水。　　
通过对复合膜各项性能指标的测定,研究了添加纳米纤维素对复合膜材料性能的影响。结果表明,复合膜的切割分子量为4.27×104Da。纳米纤维素的加入显著改善了复合膜亲水性能,抗污染性能增强。通过傅立叶红外光谱、X-射线衍射、热重分析仪等研究手段,对复合膜材料的特性组成进行了表征。通过电子扫描电镜、原子力显微镜观察复合膜材料表皮层、多孔支撑层及断面结构。复合膜具有典型的非对称结构,表皮层致密,多孔支撑层孔径较大,膜结构较疏松,指状孔间贯通性好。　　
利用黏度法、荧光显微镜考察了共混铸膜液体系的黏度及相结构,结果表明共混铸膜液体系为典型的部分相容体系。通过浊点值绘制的相图和凝胶速率常数的测定研究了对纳米纤维素对共混铸膜液体系热力学性质和成膜动力学过程的影响。结果表明,纳米纤维素打破了体系原有的热力学相平衡,改变分相点的组成,增大凝胶速率常数,加快铸膜液的凝胶成膜,从而影响成膜结构及性能。　　
系统地研究了复合膜超滤纯化牛奶蛋白最佳工艺条件:操作压力0.1 Mpa,牛奶蛋白料液浓度1 g/L,温度40℃,pH值为11。通过对不同压力条件下不同浓度牛奶料液的超滤性能试验,得到在一定范围内适用的超滤过程传质数学模型;考察了五种清洗方式对复合膜的清洗效果,清洗效果大小顺序为超声清洗＞稀碱清洗＞稀双氧水清洗＞稀酸清洗＞水力反冲洗。