聚砜有机-无机杂化改性膜的研究进展

聚砜膜具有良好的耐高温性、耐酸碱性能和高的机械性能等,被广泛用于膜分离领域.但由于聚砜膜的表面疏水性,使其在水处理等方面的应用受到一定限制.针对聚砜膜的有机-无机改性,综述了近年来采用无机纳米粒子,如金属氧化物纳米粒子、表面修饰的氧化物纳米粒子、二维(2D)层状材料、金属有机共价材料(MOFs)和其他纳米粒子对聚砜膜的杂化改性及其研究进展,并对存在的问题和应用进行评述和展望.

聚砜/β-环糊精杂化超滤膜的制备及性能研究

为提高聚砜(PSF)超滤膜的亲水性,采用浸没沉淀相转换法掺杂共混制备了聚砜/β-环糊精杂化超滤膜,并通过扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、膜性能评价仪等对传统聚砜超滤膜和聚砜/β-环糊精杂化超滤膜的结构和性能进行了表征,考察了β-环糊精添加量、搅拌温度及凝固浴温度对聚砜/β-环糊精杂化超滤膜纯水通量和截留率的影响。研究结果表明:当添加β-环糊精的总质量分数为1.5 wt%时,聚砜/β-环糊精杂化膜的膜通量比PSF纯膜提高了7.6%;β-环糊精的加入减小了膜的纯水接触角,改善了PSF膜的亲水性,降低了膜表面的粗糙度,提高了膜的耐污染性能。

磁场诱导低维磁性碳材料对聚砜膜结构及流通特性的影响

目的在膜的形成过程中,利用磁场力将亲水性磁性碳纳米材料吸引至膜表面,可以在膜表面附加亲水性和磁性,提高膜的渗透通量和截留率,改善膜污染问题。方法将氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液与Fe^(3+)和Fe^(2+)的混合溶液通入微反应器中预混合后,利用一步水热法引入四氧化三铁(Fe_(3)O_(4)),制备具有优异磁性能的磁性碳纳米材料(MCN),并将其共混于聚砜(PSF)基底中,采用磁场诱导非溶剂致相分离法(NIPS)制备磁性混合基质膜(PSF/MCN)。对MCN的形貌结构及磁性等进行表征,并通过改变PSF的浓度研究磁场作用下MCN的定向迁移对膜表面形貌结构及性能的影响。结果亲水性磁性MCN的饱和磁化强度高达53.17 emu/g(1 emu/g=1 A·m^(2)/kg),表现出超顺磁性,且MCN在磁场作用下向膜表面定向移动。在相同的磁场强度下,不同聚砜浓度的膜表面表现出不同的形貌特征,并在聚砜的质量分数从15%升至17.5%的过程中,膜表面粗糙度的构成由细微密集的波动形貌转变为宽泛的浮动形貌。此外,MCN的加入改善了膜的内部结构和流通特性,当PSF的质量分数为15%时,膜的平均孔径从0.0341μm增至1.1865μm。与同浓度下的纯PSF膜相比,PSF/MCN的亲水角分别降低了18.34%、15.37%、14.69%、18.43%,其纯水通量分别增加了32.51%、23.62%、167.27%、233.88%,且它对牛白蛋白(BSA)的截留率均高达90%以上。结论在磁场力的作用下,MCN向分离膜表面迁移,大大增加了膜表面亲水基团的数量,提高了分离膜的亲水性和渗透性。同时,MCN均匀分散在膜表面,形成了一层保护膜,提高了膜的分离特性和抗污染性。

聚砜/钌纳米簇杂化膜的制备及其性能研究

以乙二醇为溶剂和还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,RuCl_3·nH_2O为前体盐[n(PVP)∶n(Ru^(3+))=10∶1],还原制备了高分子稳定的Ru纳米簇。通过TEM、XRD表征发现,制得的钌粒径在2.5 nm左右;通过控制钌的负载量制备了一系列聚砜/钌纳米簇杂化膜,通过SEM、XPS、TG、透气性能和孔隙率测试对杂化膜的结构及性能进行表征。结果发现,由于Ru和聚砜中的S、O元素存在着配位作用而使得杂化膜热稳定性提高,透气选择性明显提高;杂化前后,膜的孔隙率由21%增大到52%左右,而负载量的变化对膜的孔隙率影响不大。基于以上基础研究,通过干湿法纺丝制得PSF/2%Ru杂化中空纤维膜并经费托测试发现,在190℃时,产物中C_1~C_4质量分数达到6.3%左右,对费托反应起到一定的催化作用。