可控接枝调节纤维素膜的孔径和表面性质

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本文采用点击化学中的巯烯基加成反应,在再生纤维素膜(RCM)上成功的接枝了三种不同分子链长的聚乙二醇(PEG)分子,实现对膜的孔径可调控,利用PEG分子在膜表面形成致密的亲水层,使制备的改性膜的抗污染性大大提高。  首先用巯基乙酸将分子量为2000,6000,10000的PEG分子进行端巯基修饰,然后用三甲氧乙烯基硅烷将再生纤维素原膜进行烯烃基化修饰,最后采用点击化学中的巯烯加成反应在再生纤维素微孔膜的表面与孔中接枝上三种巯基化的PEG分子。用1H-NMR对巯基化的PEG进行表征;用ATR-FTIR和XPS观察了原膜、乙烯化膜、光引发后膜的表面结构组成;用场发射扫描电镜(FESEM)考察了膜的表面形貌;考察了UV照射时间、单体浓度、光引发剂浓度对膜接枝率的影响;考察了原膜与改性膜的纯水通量变化,采用Guerout-Elford-Ferry方程对膜的孔径大小进行了分析;通过对牛血清磷酸缓冲溶液(BSA/PBS)动态抗污染实验考察改性膜的耐污染能力;还分别考察接枝链长和接枝密度对膜的表面形态、孔径大小、渗透性、和抗污染性的影响。  实验结果表明,成功合成了三种巯基化PEG分子,PEG2000-SH、PEG6000-SH、PEG10000-SH其产率分别为97%,90%,79%;通过ATR-FTIR及XPS证明了巯基PEG链成功的接枝到膜上;FESEM上看出改性膜表面发生了变化,进一步说明PEG分子被接枝到了膜孔及膜表面上;采用UV照射时间为10min,引发剂(DMPA)浓度为7mmol/L,单体浓度(巯基-PEG)为17g/L时为巯基-烯反应的最优化条件,可以得到较高的接枝率。PEG2000-SH、PEG6000-SH、PEG10000-SH的接枝密度(GD)最高可以达到1.37nm-2,0.32nm-2和0.10nm-2。RCM-g-PEG改性膜的纯水通量比RCM均有所降低,且随着GD的增加,通量继续减少;RCM-g-PEG的抗污染能力均比RCM显著提高,在同一接枝链长下,改性膜的GD越高,其对BSA/PBS溶液的通量损失越少,纯水回复率越高,抗蛋白质污染能力越高;同等条件下,膜的GD对膜性能的影响要强于接枝链长;通过分析计算,制备的改性膜的孔径范围为70-140nm。
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