基于均相共辐射法的PES接枝改性高分子超滤膜的制备及应用

发布时间：2020-09-27 19:42

　　聚醚砜(PES)有很好的化学和热力学稳定性,近年来利用PES作为制膜材料的研究获得了广泛的关注。尽管对PES膜的研究取得了一定的进展,但一些问题还有待解决。其中之一便是由于PES的疏水性较强,容易导致膜的污染的问题。通过不同的方法实现对PES制膜材料的亲水改性,是解决这一问题的有效途径之一。针对粉体预辐照和异相共辐照改性的方法中,制备的改性共聚物在接枝率较高时不能很好溶解的问题,本文提出了均相共辐照的方法。实验结果证明,这种方法制备的改性共聚物有很好的溶解效果。用均相共辐照的方法,本文在均相溶液中将甲基丙烯酸(MAA)接枝在PES分子链上,制备了可溶解的改性共聚物PES-g-PMAA,通过元素分析法和FT-IR对产物的接枝率进行了表征,发现当单体浓度低于2%时,共聚物的接枝率随着单体浓度的增大而不断升高;进一步提升单体浓度,接枝率反而出现一定的下降。并因此提出了均相共辐照中三种反应包括:单体的均聚反应、接枝反应以及PES和接枝链的降解反应之间的竞争关系对其加以解释。用这种改性共聚物制备了改性超滤膜,膜接触角研究表明,改性超滤膜的亲水性增强;通过SEM对膜断面的表征,说明接枝后的改性膜由原来的“指状孔”转变为“海绵状孔”。在不同pH值的水溶液中,测试了改性超滤膜孔径以及水通量随pH值的变化,发现相比原始的PES膜,改性后的膜孔径随着pH值增大而减小,膜水通量随pH值的增大而降低,改性膜有很好的pH敏感性。改性后的膜材料也表现出很好的环境温度敏感性。相比原始的PES膜,改性后的膜对环境温度的敏感性增强,改性膜的水通量和切割分子量(MWCO)均随着环境温度的升高而不断增大,说明改性超滤膜具有很好的环境温度敏感性。本文还通过均相共辐射的方法将PVP接枝在PES的分子链上制备了改性共聚物PVP-g-PES。通过元素分析法和FT-IR研究了包括单体浓度和辐照吸收剂量等动力学因素,结果发现当单体浓度低于12%,辐照吸收剂量低于35KGy时,接枝率随着单体浓度和辐照吸收剂量的增大而不断升高。并绘制铸膜液的相图分析了其热力学稳定性,发现接枝后的聚合物铸膜液热力学稳定性有所降低。由于PVP本身是一种良好的制孔剂,本文尝试了直接利用辐照接枝后的溶液刮膜,并研究了不同溶剂、单体浓度和辐照吸收剂量对膜性能的影响,发现以DMAC作为溶剂制备的超滤膜有很好的渗透和过滤性能;单体浓度在一定范围内对膜性能没有太大的影响;辐照吸收剂量的增大不利于膜性能的提升。同时,本文以PES-g-PVP作为原材料制备了改性超滤膜,测试了改性膜对BSA溶液的通量保持率,结果发现改性后的超滤膜比原始的PES膜的通量保持率有所增加,说明改性后的超滤膜抗污染性能有所提升。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

分离膜,使用范围,烧结法

图 1.1 不同类型分离膜的使用范围Figure 1.1 Range of application for different membrane1.3 超滤膜的制备方法概述超滤膜的分离特性主要取决于孔径的大小及分布。制备多孔膜的方法有很多，例如：烧结法、拉伸法、径迹蚀刻、模板浸取、涂敷法、相转化等。烧结法：烧结的本质是通过热量使得聚合物由固态转变为液态，分子链相互缠绕聚合的方法，该方法适用于有机膜或者无机膜的制备。烧结法的前期处理需要将材料碾碎成一定大小的粉末，然后在高温下烧结，烧结温度取决于所选用的膜材料。在这一过程中，颗粒在热力的作用下相互融合，形成膜结构。烧结法只可制备微滤膜，制膜材料的特点是具有化学稳定性、耐热性和机械稳定性。

示意图,自由焓,混合物,化学位

中增加了描述各组分摩尔数变化的两项。组分 i 的化学位； = ( ) , , , ,中 ui为在温度、压力及其它各组分摩尔数一定的情况下由焓变化。对多组分体系，式（1-7）可以表述为； = VdP SdT ∑ ，化学位是在一定的温度 T、压力 P 和组成 xi下定义的物的自由焓 Gm由化学位之和确定。若 Gm以单位摩尔表 = 1 1 2 2的摩尔分数作为横坐标，将混合物的自由焓 Gm作为纵坐所示二维坐标系统。

变化曲线,自由焓,混合过程,变化曲线

图 1.5 混合过程自由焓ΔGm在不同温度下的变化曲线Figure 1.5 Variation curve of mixture’s free enthalpyΔGmat different temperature duringmixing process图 1.5 可以看到，在 T1温度下（图 1.5，a），在整个组成内体系都是互这一曲线的任何一点上画出的切线得到的截距均为负数。但在 T2温度1.5，b），曲线 ΔGm出现了一个上弯的部分，该曲线上有两个点位于同一说明两者相互平衡且具有相同的化学位，同时因为这两点切线的截距均说明双组份体系存在互溶的情况。但是随着曲线 ΔGm进入上弯部分，端截距不断增大，到达某以临界值后，截距变为正值，说明体系不再稳出现分层的情况。将不同温度下的最小点的位置对作图并连接起来，线即为双节线曲线，同时将不同温度下拐点所处的位置对作图并连接

【参考文献】