聚醚砜中空纖維膜制備及其性能調(diào)控文獻(xiàn)綜述

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1、文獻(xiàn)綜述聚醚砜中空纖維膜制備及其性能調(diào)控一、前言部分如今，對(duì)生態(tài)的保護(hù)和環(huán)境的治理工作日益嚴(yán)峻，尤其是淡水水系的污染問題突顯，部分地區(qū)人們的飲水嚴(yán)重困難，一些曾經(jīng)淡水資源充沛的地區(qū)也因?yàn)楹恿?、湖泊、地下水被污染而出現(xiàn)缺水。人們不禁要問，為何水汽循環(huán)往復(fù)，源源不斷，還為什么會(huì)出現(xiàn)缺水。那是因?yàn)楹芏嗨次唇?jīng)處理不能直接作為生活用水使用。而在水處理領(lǐng)域，膜分離的應(yīng)用十分廣泛，膜分離是借助膜的選擇透過作用，對(duì)混合物溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法，膜分離可比傳統(tǒng)的方法耗能低、過程簡單、經(jīng)濟(jì)性好而且效率高。[1]中空纖維膜是

2、目前為止效率最高的分離膜的形式，具有充填密度高，比表面積大，自支撐作用強(qiáng)，可進(jìn)行高壓操作的特點(diǎn)，因此廣泛用于污水處理、飲用水凈化、海水淡化處理等諸多領(lǐng)域。中空纖維膜也有一些自身缺陷，如內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)在增加其通量的同時(shí)也降低了纖維的力學(xué)性能，膜清洗難度高等。選擇合適的制膜材料是成功制備中空纖維膜的首要前提，從近幾年國內(nèi)外發(fā)表的科技文獻(xiàn)來看，聚砜類材料如聚醚砜和改性聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚丙烯，殼聚糖等成為了主要選擇，改性方法主要有共混、共聚和接枝。周媛等[2]將聚氨酯彈性體作為制備PVDF中空纖維膜的共混添加劑，使其具有良好的抗酸

3、堿性能和抗污染性能。Tai-Shung等[3]使用硅脂作為密封層，聚4-乙烯基吡啶作為選擇性層，聚醚砜作為支持材料，進(jìn)行共混制備用于氣體分離的中空纖維膜，研究了層與中空纖維膜性能之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)選擇性層對(duì)纖維性能的影響最為顯著。肖通虎[4]等制了殼聚糖中空纖維膜，研究采用乙醇和正己烷液—液交換干燥，有效地避免了膜結(jié)構(gòu)的完全致密化，殼聚糖中空纖維膜膜應(yīng)用于滲透汽化分離碳酸二甲酯/甲醇混合物，可突破恒沸組成的限制，而且滲透通量較大。聚醚砜樹脂（PES）是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性高分子材料，是目前得到應(yīng)用的為數(shù)不多的特種工程塑料之

4、一。它具有優(yōu)良的耐熱性能，熱變型溫度在200~220℃，可耐150~160℃熱水或蒸氣，在高溫下也不受酸、堿的侵蝕。它的基模量在-100℃~200℃幾乎不變，特別在100℃以上比任何一種熱塑性樹脂都好，在180℃以下的溫度范圍內(nèi)其抗蠕變性是熱塑性樹脂當(dāng)中最優(yōu)異的一種。具有自熄性，不添加任何阻燃劑即有優(yōu)異的難燃性。1.2中空纖維膜制備方法1.2.1溶液相轉(zhuǎn)化法溶液相轉(zhuǎn)化法又稱為浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法。它是使聚合物溶液在一定溫度下從特制的噴絲頭擠出，然后初生態(tài)的纖維進(jìn)入凝固浴中與非溶劑進(jìn)行交換，使之固化成膜。浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法一般分為濕

5、法和干/濕法，濕法是指形成初生態(tài)纖維之后，直接浸入凝固浴，通過溶劑與凝固浴中非溶劑的相互交換，使溶劑與聚合物相分離，形成終態(tài)纖維；干/濕法是初生態(tài)纖維膜浸入凝固浴之前有一個(gè)溶劑蒸發(fā)的過程，之后將纖維浸入凝固浴使溶劑與非溶劑進(jìn)行交換，最后達(dá)到相分離。聚醚砜中空纖維膜的制備大多采用浸入沉淀相轉(zhuǎn)化法。中空纖維膜的具體結(jié)構(gòu)形態(tài)由制膜過程的動(dòng)力學(xué)因素所決定。當(dāng)制膜液浸入凝固浴之后，膜內(nèi)的溶劑和凝同浴的非溶劑相互擴(kuò)散。[9]隨著雙擴(kuò)散的進(jìn)行，體系將發(fā)生熱力學(xué)液液分相。根據(jù)分相的快慢，存在兩種不同形式的分相行為，即瞬時(shí)液一液分相和延遲液一

6、液分相。上述兩種不同的分相行為原則上將形成兩種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)。前者將形成相對(duì)疏松的底層(大孔或指狀孔)而后者會(huì)形成相對(duì)致密的底層結(jié)構(gòu)(海綿狀)。膜的表層結(jié)構(gòu)和底層結(jié)構(gòu)共同決定了膜的滲透性能，分離性能和機(jī)械性能等。[5]1.2.2熔融紡絲法將高聚物加熱熔化，加壓使聚合物熔融擠出冷卻成形。此法制得的是均質(zhì)膜，透水量小，但經(jīng)熔融紡絲拉伸后可制成微孔濾膜。如將聚丙烯聚合物加熱至熔融擠出，計(jì)量熔紡成初生態(tài)中空絲，然后再將絲在熔點(diǎn)以下l0~l5°C冷卻成形，接著冷熱連續(xù)拉伸50%~60%，最后在低于其熔點(diǎn)的溫度下熱定形即得聚丙烯中空纖維

7、微孔濾膜。熔融紡絲—拉伸法是指將聚合物在高應(yīng)力下熔融擠出，在后拉伸過程中，使聚合物材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結(jié)構(gòu)被拉開形成微孔，然后通過熱定型工藝使孔結(jié)構(gòu)得以固定。通常這種紡絲制膜方法主要與聚合物材料的硬彈性有關(guān)。因此，與溶液紡絲法賦予聚合物膜雙擴(kuò)散的指狀孔結(jié)構(gòu)不同，熔融紡絲—拉伸法所制備的聚合物分離膜主要含有結(jié)構(gòu)孔，即片晶之間的非晶區(qū)發(fā)生應(yīng)力集中形成微孔結(jié)構(gòu)。聚丙烯是常用的MSCS法制備微濾膜材料之一，但所用聚丙烯一般多為硬彈性的全同聚丙烯，在全同聚丙烯中混入一定量的無規(guī)聚丙烯后，不僅能得到硬彈性材料，還可有效降低大

8、分子鏈的纏結(jié)程度及平行片晶之間的束縛，有利于得到更為均勻的微孔結(jié)構(gòu)。[6]1.3中空纖維膜紡絲的原理中空纖維膜在中空纖維紡絲機(jī)上紡制，紡絲流程圖示如下：圖2-1中空纖維膜紡絲機(jī)示意圖紡絲機(jī)調(diào)控參數(shù)為氮?dú)鈿鈮?、溶解罐溫度、芯液泵速率、?jì)量泵速率、繞絲機(jī)速率、紡絲頭內(nèi)徑、紡絲頭外徑、空氣浴長度