论文部分内容阅读
本文研究外加电场对低温氮等离子体改性超滤膜的协同效应。选用聚砜(PSF)超滤膜为实验对象,在不同电场位置、电压、放电功率和处理时间等条件下改性,通过对PSF超滤膜改性前后接触角的测量表征超滤膜的亲水性能,对纯水通量和BSA通量等参数的测定研究PSF超滤膜的分离能力和抗污染能力;使用扫描电镜(SEM)观察膜表面形貌;利用发射光谱法和Langmuir探针法对低温氮等离子体改性过程实时诊断,获得氮等离子体电子温度和电子密度等特征参数。研究结果表明:(1)外加电场协同低温氮等离子体改性聚砜(PSF)超滤膜的最佳条件为电场位置30cm,电压70V,放电功率80W,处理时间90s,体系压强20Pa。位于距放电中心30cm处的PSF超滤膜接触角由原膜的80°降低为24°,相对于未加电场协同等离子体改性PSF膜接触角的44°还低。提高PSF超滤膜的亲水性能,并且外加电场协同等离子体改性PSF超滤膜效果更佳。(2)外加电场协同低温氮等离子体改性后PSF超滤膜的纯水通量、牛血清蛋白(BSA)通量由PSF原膜的19 L/(m2·min)、7 L/(m2·min)分别增大为31 L/(m2·min)、22 L/(m2·min);通量衰减率和污染率由原膜的66%、54%分别降低为31%、22%;对BSA的截留率由原膜的72%提高为95%。经外加电场协同氮等离子体改性处理后,PSF超滤膜的分离能力和抗污染能力均明显增强。SEM照片显示在外加电场协同作用下,低温氮等离子体对PSF膜表面的刻蚀程度减弱。(3)氮等离子体发射光谱由不同价态的N离子谱线(NII、NIII、NIV和NV等)组成,出峰位置集中在330-440nm范围内,并在355.9nm处出现最高峰。外加电场协同低温氮等离子体改性PSF超滤膜过程中等离子体电子温度和电子密度分别为2.1×104K、5.3×1015m-3,在最佳改性条件下处理超滤膜,等离子体电子密度适当增大,粒子活性适中,膜表面自由基反应程度完全,能够生成更多的极性基团从而提高超滤膜的亲水性能。