简易中空纤维超滤膜组件的制备与性能测定——推荐一个高分子科学综合实验

以截留一定浓度碳素墨水溶液为例,阐述了可用于实验室的内压式、外压式通用的简易小型中空纤维超滤膜组件的制备过程及使用方法,并介绍采用浊度-质量浓度方法测试截留率。

纺丝过程中拉伸比对七通道聚砜中空纤维膜微结构及性能的影响

以聚砜(PSf)为膜材料、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、聚乙二醇(PEG)为添加剂配成纺丝铸膜液,通过溶液相转化制备七通道聚砜中空纤维膜,系统研究了不同拉伸比对膜形态结构及性能的影响规律.结果表明:纤维外径、小孔直径及小孔与小孔之间的距离以及内表面功能层厚度等均随着拉伸比的提高而减小.同时,提高了中空纤维膜的纯水通量;但对BSA的截留率有所降低,断裂伸长率及断裂强度也有所降低.

温敏聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备和结构表征

制备了聚偏氟乙烯(PVDF)接枝N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)共聚物(PVDF-g-PNIPAAm),进而采用干-湿法纺丝工艺,首次纺制出温敏PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜。通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)等对中空纤维膜的结构和形态进行了表征与研究。研究结果表明,和PVDF中空纤维膜相比,PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜具有相同的晶型结构,但结晶度明显降低,导致熔融峰值温度降低;由于亲水性的增加,PVDF-g-PNIPAAm接枝共聚物纤维膜形成较大的指状孔结构和粗糙的内外表面,且具有较高的孔隙率。

聚酰亚胺中空纤维气体分离膜的物理老化现象

以聚酰亚胺6FDA-mPDA为原料制备了单层非对称中空纤维膜,以聚酰亚胺Matrimid5218为分离层材料制备了双层非对称中空纤维膜,膜的致密层厚度为0.09-0.21μm。测试了中空纤维膜的O2、N2、CH4和CO2等气体渗透性能随时间的变化,研究了中空纤维膜物理老化现象。结果表明,随着老化的进行,气体渗透速率逐渐减小,分离系数逐渐变大,直至平衡。以自由体积扩散机理为基础,针对非对称中空纤维膜具有超薄皮层的特点,建立描述物理老化过程的数学模型。结果表明,该模型与实验结果相吻合,表明自由体积扩散机理可用来描述具有超薄皮层的中空纤维膜的物理老化现象。

PEBAX~2533/PSf中空纤维复合膜制备及阻力性能

采用浸渍涂层法制备了聚醚共聚酰胺(PEBAX2533)/聚砜(PSf)中空纤维复合膜.考察了涂层液浓度、温度和基膜预处理对复合膜结构、阻力及渗透性能的影响,并考察了操作压力对膜渗透性能的影响.实验结果表明,随着涂层液浓度的增加,复合膜致密层厚度及阻力增大,复合膜总阻力及支撑层阻力先增大后减小,CO2渗透速率先减小后增大,分离系数增大.随着涂层温度升高,复合膜致密层厚度及阻力减小,支撑层阻力增大,复合膜总阻力先减小后增大,分离系数和渗透速率先增大后减小.经过预处理,复合膜致密层厚度减小、阻力大幅度减小,CO2渗透速率增大58%,分离系数略有下降.复合膜支撑层阻力过大,尤其是支撑层的致密结构影响复合膜的塑化行为.

聚合物多通道中空纤维膜研究进展

多通道中空纤维膜以其高强度、高稳定性等特点,近年来成为膜分离领域的研究热点.本文综述了国内外聚合物多通道中空纤维膜的研究现状及发展方向,通过对制膜材料、制膜工艺条件、成膜机理等方面介绍,阐述了多通道中空纤维膜制备的基本方法.对比了七通道中空纤维膜与单通道中空纤维膜在装填密度、单位膜面积材料用量、使用成本等方面的差异.并介绍了多通道中空纤维膜在反渗透预处理、生活用水、污水处理及膜蒸馏等方面的应用.最后展望了多通道中空纤维膜制备技术和应用领域的发展趋势.

TiO_2负载玄武岩纤维毡复合材料的制备及其光催化性能

采用浸渍法将热蚀处理后的玄武岩纤维毡浸渍在Ti溶胶中负载成膜,在300-650℃烧结制备出TiO2负载玄武岩纤维毡光催化复合材料。利用XRD和SEM对TiO2和纤维毡进行了表征,并通过甲基红配制的模拟印染废水的降解考察了浸渍次数和烧结温度对光催化性能的影响。实验表明：随着玄武岩纤维毡在Ti溶胶中浸渍次数的增加,TiO2负载率增加,甲基红降解率具有先急剧增加后缓慢减小的趋势,TiO2负载率为4.83%时降解率达到极值98.58%。随着烧结温度升高,TiO2晶型由无定形态→锐钛矿→锐钛矿＋金红石混晶转变,当锐钛矿与金红石混晶比例为9∶1-4.5∶1时,光催化性能较好,随着金红石相增加,甲基红降解率大幅降低。

凝固浴温度对PVDF-g-PNIPAAm温度敏感膜成膜过程与性能的影响

通过自由基共聚的方法制备了聚偏氟乙烯-g-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PVDF-g-PNIPAAm)共聚物,采用浸没沉淀相转化法制备了PVDF-g-PNIPAAm共聚膜.采用超声时域反射法研究了不同凝固浴温度下PVDF-g-PNIPAAm的成膜动力学,并研究了凝固浴温度对膜结构与性能的影响.结果表明,在不同凝固浴温度下,PVDF-g-PNIPAAm的成膜过程均由液液分相来控制,凝固浴温度为30℃时成膜时间最长,40℃时成膜时间最短;不同凝固浴温度下制备的PVDF-g-PNIPAAm共聚膜保持了PVDF的结晶特性,随着凝固浴温度的升高,膜结晶度降低.与PVDF-g-PNIPAAm共聚物相比,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)在PVDF-g-PNIPAAm膜表面的含量更高,其中,30℃时成膜表面的NIPAAm含量最高.不同凝固浴温度下形成的膜均呈指状孔结构,其中,30℃形成的膜指状孔最大,孔隙率最高.25℃制备的PVDF-g-PNIPAAm膜具有明显的温度响应性能,其水通量在30℃附近有显著增加.

致孔剂对PVDF-g-PNIPAAm温度敏感膜成膜过程及膜性能的影响

采用热力学相图和超声时域反射法研究了致孔剂聚乙二醇(PEG)对聚偏氟乙烯-g-聚N-异丙基丙烯酰胺(PVDF-g-PNIPAAm)成膜过程的影响。结果表明,在PVDF-g-PNIPAAm/DMF/H2O成膜体系中添加PEG后,促进了成膜体系的分相,体系变得更不稳定。加入PEG后,使得PVDF-g-PNIPAAm/DMF/H2O成膜体系的成膜速度加快,体系更容易发生瞬时液液分相,导致膜孔尺寸增加,纯水通量提高,但温度响应性能不明显。

基于CFD的管式膜过滤过程的流体动力学研究

通过CFD数值计算的方法,采用达西定律和k-ωSST模型,对管式膜在80kPa恒定出口压力、不同流量下的过滤过程进行了流体动力学分析,揭示了其内部的流动规律,经试验验证,模拟计算结果与实验值吻合较好.分析结果表明:流量越大对膜内壁面的冲刷能力越强、涡旋扰动越剧烈、渗透流量越大、跨膜压差也越大,膜管内随着轴向距离的增加压力呈线性减小的趋势,压力值线性减小的斜率k随着流量Q(L/h)的增加而减小、基本符合k=-0.012 5 Q的关系.

致孔剂对PVDF/TA-ATP杂化膜成膜过程及膜结构和性能的影响

通过浸没沉淀相转化法,以聚偏氟乙烯(PVDF)掺杂单宁酸(TA)改性的凹凸棒土(ATP)制备PVDF/TA-ATP杂化平板分离膜。利用热力学相图、无损超声波检测技术、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪以及纯水通量等对不同添加量与相对分子质量的致孔剂聚乙二醇(PEG)对杂化膜成膜过程以及膜结构与性能的影响进行了研究。结果表明,随着PEG相对分子质量的增大,PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力减弱,成膜速度减缓,膜孔尺寸变大,数量变多,纯水通量增加;随着PEG添加量的增大,PVDF/TA-ATP/PEG体系耐非溶剂能力减弱,成膜速度加快,膜孔由海绵层向指状孔渐变,纯水通量增加。

凝固浴温度对PVDF-g-PNIPAAm温度敏感膜成膜过程与性能的影响

通过自由基共聚的方法制备了聚偏氟乙烯-g-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PVDF-g-PNIPAAm)共聚物,进而采用浸没沉淀相转化法制备了PVDF-g-PNIPAAm共聚膜。采用超声时域反射法研究了不同凝固浴温度下PVDF-g-PNIPAAm的成膜动力学。结合PVDF-g-PNIPAAm的成膜动力学,研究了凝固浴温度对膜结构与性能的影响。结果表明,在不同凝固浴温度下,PVDF-g-PNIPAAm的成膜过程均由液液分相来控制,凝固浴温度为30℃时成膜时间最长,40℃时成膜时间最短;不同凝固浴温度下制备的PVDF-g-PNIPAAm共聚膜保持了PVDF的结晶特性,随着凝固浴温度的升高,结晶度降低。同PVDF-g-PNIPAAm共聚物相比,PNIPAAm在PVDF-g-PNIPAAm膜表面的含量更高,其中,30℃时所成膜表面的PNIPAAm含量最高。不同凝固浴温度下所成的膜均呈指状孔结构,其中,30℃下所成的膜指状孔最大,孔隙率最高。25℃下制备的PVDF-g-PNIPAAm膜具有明显的温度响应性能,其水通量在30℃附近有显著增加。

凝固浴组成对PVDF/TA-ATP杂化膜成膜过程及膜性能的影响研究

将单宁酸(TA)改性的凹凸棒土(ATP)与聚偏氟乙烯(PVDF)和致孔剂聚乙二醇(PEG)混合,通过浸没沉淀相转化法制备了PVDF/TA-ATP杂化膜。利用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对杂化膜的热性能及微观形貌进行了表征,采用热力学相图和超声反射方法探讨了凝固浴组成对膜成膜过程的影响,进而研究了凝固浴组成对膜水通量的影响。研究结果表明,随着凝固浴中乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)含量的增加,PVDF/TA-ATP体系耐非溶剂能力增强,成膜速度减慢,膜孔结构由指状孔向海绵层结构渐变,纯水通量整体呈增大趋势。

两性离子聚合物表面改性的聚偏氟乙烯抗污染膜的制备及性能

提高聚偏氟乙烯(PVDF)抗污染性能是改善PVDF应用效果的重要途径。文中通过自由基聚合的方法将抗污染材料——两性离子类化合物磺酸甜菜碱(DMAPS)接枝到碱处理过的PVDF膜表面。研究了接枝DMAPS后,PVDF膜表面的结构与性能变化,并初步探讨了改性后的PVDF膜对牛血清蛋白的吸附性能。结果表明,在PVDF膜表面接枝DMAPS后,膜表面孔洞减小,亲水性提高。虽然改性后的PVDF膜通量有所下降,但通过牛血清蛋白(BSA)的振荡吸附实验发现,两性离子改性膜表现出良好的抗蛋白质吸附性能。与PVDF原膜相比,改性膜在BSA溶液中通量下降率小,用水清洗后膜通量恢复率高。

聚对苯二甲酰对苯二胺多孔膜的制备及表征

以浓硫酸为溶剂,聚乙二醇(PEG)为致孔剂,采用溶液相转化法制备了聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)多孔平板膜,考察了膜的纯水通量、力学强度、截留率等性能,并用场发射扫描电子显微镜观察膜形貌。结果表明,所得PPTA多孔膜为具有不对称结构的非均质膜,上表面(自由面)为致密层,下表面(玻璃板面)为多孔层,可观察到原纤化微孔结构,膜横截面存在典型的溶出指状孔。随PPTA含量降低、致孔剂相对分子质量和凝固浴温度提高,膜通透性均随之相应有所提高。PPTA多孔膜对卵清蛋白溶液截留率达90%以上,对油水乳化液截留率可达70%以上。

PVDF-g-PNIPAAm温敏抗污染膜的制备及性能研究

通过自由基共聚将聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)接枝到了碱处理聚偏氟乙烯(PVDF)粉末上,合成接枝共聚物PVDF-g-PNIPAAm。以此为原材料通过相转化法制备温敏抗污染分离膜。通过调控反应时间,达到不同的PNIPAAm接枝率,研究了不同接枝率对膜结构及性能的影响。结果表明,随着反应时间的延长,PNIPAAm的接枝率逐渐增加。成膜过程中发挥致孔作用明显致使膜表面的微孔数目逐渐增加。此外,PNIPAAm的接枝率越高膜的亲水性越强,且温敏性能提高。由于室温下PNIPAAm的亲水性,膜表面易形成水化层,从而提高改性膜的抗蛋白质污染性能。

基于含油废水处理的电催化膜反应器优化设计及性能研究

以负载纳米TiO2的电催化膜为阳极,辅助电极为阴极,构成电催化膜反应器用于含油废水处理.考察了电极间距、电解质浓度、电流密度、空时速率、pH和温度对电催化膜反应器降解效果即含油废水化学需氧量(COD)去除率的影响.根据单因素实验分析结果,采用响应面法对电极间距、电解质浓度、pH和温度四个参数进行优化,得出最佳参数为:电极间距43.1mm,电解质浓度14.3g/L,pH=6.3,温度32.5℃.在电流密度0.312mA/cm2,空时速率15.8h-1的条件下,电催化膜反应器处理200mg/L含油废水COD去除率为97.54%,能耗为0.75kWh/m3.

响应面法优化HTCC/Na_2SiO_3/ECH杂化膜催化制备生物柴油

以环氧氯丙烷(ECH)为连接剂,将硅酸钠(Na2SiO3)化学固定于壳聚糖季铵盐(HTCC)分子链上,制得一种硅酸钠/壳聚糖季铵盐有机无机杂化膜(HTCC/Na2SiO3/ECH),作为固体碱催化剂催化大豆油和甲醇进行酯交换反应制备生物柴油,该膜显示出良好的重复使用性,并根据中心组合响应面法对影响生物柴油转化率的条件(反应温度、反应时间、醇油质量比以及催化剂用量)进行优化,确定催化膜催化酯交换反应制备生物柴油的二阶多项式模型和反应因素影响显著性顺序.结果表明:反应温度55℃,醇油摩尔量比6∶1,催化膜含量为油重的质量分数4%,反应时间60min,预测转化率为98.0%,实际值为97.1%,与实际值基本相符,表明优化模型有效可靠.

钛基电催化膜电化学合成制备丙酸及膜反应器优化设计

以负载纳米MnO2的导电微孔钛膜为阳极,不锈钢为阴极,构建电催化膜反应器用于正丙醇电化学合成丙酸.考察了电催化膜反应器操作电压、电流密度、反应温度、溶液pH值及停留时间对正丙醇转化率和丙酸选择性的影响,采用响应面法对操作电压、反应温度、溶液pH值及停留时间4个参数进行优化.结果显示,电催化氧化正丙醇制备丙酸的最优条件为操作电压为2.87V、溶液pH值为4.82、停留时间为22.55min、反应温度为52.63℃.电催化膜反应器运行75min时,正丙醇转化率为99.82%,丙酸选择性为79.91%.

聚醚砜微图案膜的模板法制备及性能表征

以聚醚砜(PES)为基质膜材料,利用微图案硅片为模板,通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备PES微图案膜,研究制膜条件对膜表面微图案及膜结构、性能的影响,考察图案化前后PES膜的水通量、接触角、孔隙率、拉伸强度性能差异.结果表明,以模板法制得的PES膜表面呈现规整的微图案,且膜表面微图案的规整性随铸膜液中PES浓度的增加而提高.接触角、孔隙率和水通量测试表明,相对于PES原膜,制得的微图案膜具有较高的接触角和较高的孔隙率及水通量;机械性能测试表明,图案化前后膜的拉伸强度变化不大.