交联荷正电改性PVC超滤膜的制备及其盐/染料体系分离性能研究

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为探索简单有效的改性PVC基超滤膜的制备方法,开发新功能PVC膜材料、拓宽PVC膜材料的应用领域,本文提出利用PVC中活性C-Cl单元与多胺类物质中-NH2及-NH等氨基的烷基化反应,分别采用浸没法,表面沉积法,共混法促使多胺类单体与PVC发生交联反应,制备了一系列荷电化交联改性的新型PVC超滤膜,并对其截留荷正电粒子的性能进行了研究。首先,通过将PVC中空纤维膜浸泡在四乙烯五胺(TEPA)的水溶液中热处理进行全表面交联改性的方法制备出荷正电PVC超滤膜。该膜等电点在p H=9.3左右,具备典型的荷正电膜特征。基于孔径筛分和电荷排斥的协同作用,该膜对粒径较大的阴离子型染料刚果红和粒径较小的阳离子型染料维多利亚蓝B截留率最高均可达到99%以上。浸没交联形成的贯穿膜层的致密层结构对膜的力学性能有显著的增强作用。其次,利用PVC基膜的超滤特性截留聚乙烯亚胺(PEI)溶液,使PEI沉积在基膜外表面,再通过加热交联改性的方法制备出表面荷正电PVC超滤膜。该膜同样具备荷正电特征,以及截留有机染料的能力。进一步通过利用戊二醛二次交联进一步固定PEI并缩小孔径之后,该膜在0.3 MPa对1000ppm Ca Cl2的截留率上升至37%,同时通量稳定在30 L/m~2·h左右。最后,通过在低温下共混制备制膜液抑制交联、热处理铺展液膜促进交联、非溶剂诱导相转化固化成多孔膜三个步骤制备出PVC/PEI荷正电超滤膜。通过高达60%以上的化学交联度,PEI可稳定保留于该膜中并赋予膜荷正电性。孔径筛分和静电排斥效应两种机理的协同作用使膜在0.1MPa对阳离子型染料维多利亚蓝B的截留率高达96%以上,同时膜的超滤特性使膜对无机盐基本不具备截留性能,并将通量维持在100 L/m~2·h左右,在阳离子染料/无机盐混合物分离中具有高通量、高效率特性。上述研究表明,经过简单的化学交联改性的PVC膜材料,能够具备稳定的荷正电特征,具备良好的染料/盐混合物分离性能,并在提高对无机盐截留性能和保持较高通量等方面表现出巨大潜力,具有继续深入研究的价值和未来投入实际应用的前景。
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