超细纳米线模板法制备高通量超薄荷电膜

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高分子膜是商品超滤膜的主要组成部分,以相转化法为代表的传统制膜方法存在孔径分布宽、膜阻力大、膜污染严重等问题。本文从减小膜阻力、提高膜通量、改善膜的抗污染性和选择透过性等方面入手,提出一种高通量超薄高分子荷电膜的制备方法——纳米线模板法。选择磺化含酚酞侧基聚芳醚酮(SPEK-C)和聚丙烯酸(PAA)两种荷负电的高分子为膜材料制备超薄荷电膜,研究制膜方法、测试膜的结构和性能,主要获得以下研究结果:  (1)非水溶性荷负电高分子以SPEK-C为例,通过SPEK-C溶液缓慢流经纳米线模板层的自组装过程制备数纳米孔径的超薄荷电膜。着重考察了SPEK-C磺化度和纳米线模板层厚度对膜制备、膜结构和分离性能的影响。实验结果表明:磺化度低于0.71时,不能在PTFE基膜上形成无缺陷的超薄分离层,磺化度为0.83时可获得孔结构均匀、无缺陷的超薄分离层;同时,SPEK-C分离层的厚度随着模板层厚度的增加而增加,导致牛血清蛋白的截留率升高,水通量减小。超薄膜分离带同种电荷的粒子有优良的抗污染性能,分离层厚度为85nm的超薄膜能对5 nmAu和15 nmAu的混合溶液进行高效的尺寸选择性分离。  (2)水溶性荷负电高分子以PAA为例,通过PAA溶液与纳米线溶液直接混合的自组装过程,再经紫外交联和纳米线模板溶解后制备pH敏感性超薄荷电膜。着重考察了制膜过程中PAA浓度对膜结构和分离性能的影响。随着PAA浓度的增加,在PAA和纳米线的混合溶液中出现PAA-复合纳米线和PAA-Cu2+的球状络合物。随着紫外交联时间的延长,水通量呈现先减小后增加的趋势。可调节溶液的pH来调节膜的孔径大小,所制备的PAA膜具有明显的pH敏感性。  本文提出的纳米线模板法工艺简单、操作方便、普适性好,适用于非水溶性荷负电高分子和水溶性荷负电高分子,制备的SPEK-C超薄膜和PAA超薄膜具有通量高、污染低、膜阻力小等优点,在渗析、超滤等过程具有良好的应用前景。
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