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添加剂对不同分子量聚醚砜超滤膜性能的影响
作者:管理员    发布于:2016-04-13 14:53:20    文字:【】【】【

  超滤膜,系统地研究了添加剂种类及浓度对不同分子量PES超滤膜性能的影响,利用相图及铸膜液粘度数据,从热力学、动力学、聚合物聚集体大小角度对。

  错流。

  由可知,与PES2相比,PESi的流出时间较短。这说明,PES:的分子量较大。利用聚苯乙烯标样校正得到的分子量如表1.表1PES分子量重均分子量数均分子量分子量分布种类2.2相图的绘制为溶剂,用水滴定。浊点相图如所示。

  由可知,添加剂为PEG400时,PES:、PESz体系浊点线离PES/NMP轴线较远,即发生相分离所需的水量多,难发生相分离;其中与PES体系添加剂对PES/NMP/H20三元相图的影响1时,PESi、PES2体系发生相分离所需水质量分数分别为12.9、13.7,£31较PES2体系更易发生相分离。添加剂为PEG6000时,PES:、PES2体系浊点线分别与添加剂为PEG400时PESPESz体系浊点线相近,但更靠近PENMP轴线,因此容易发生相分离。添加剂为PVPK30时,PES:、PES2体系浊点线离PENMP轴线较近,即发生相分离所需的水量少,易发生相分离。当PES浓度为1 时,PESi、PES2体系发生相分离所需水质量分数分别为11.9、12.9£31较,£体系更易发生相分离。综上所述,同种添加剂时,与小分子量的PES体系相比较,大分子量的PES体系热力学稳定性较差。同种PES不同添加剂时铸膜液体系热力学稳定性顺序为:PEG400>PEG6000〉PVPK30. 2.3黏度测定使用同心圆筒黏度计对PE、PES2样品在添加剂分别为PEG400,PEG6000,PVPK30时的铸膜液黏度进行测定,其中PES质量分数为20,添加剂质量分数为3.结果如所示。

  剪切速率AT1剪切速率AT(a为PESi/NMP/添加剂体系;b为PESz/NMP/添加剂体系)SI掾由可知,铸膜液黏度与剪切速率无关,均呈现牛顿流体的性质,这与报道结果相符。比较(a)与(b),添加剂分别为PEG400、PEG6000、PVPK30时,PES!铸膜液体系剪切黏度均大于PES2铸膜液体系剪切黏度。这说明,PES分子量大时,铸膜液体系黏度也较大。不同添加剂时,铸膜液黏度由大至小的顺序为:PVPK30体系>PEG6000体系>PEG400体系。这可能是由于添加剂分子聚集体尺寸按PEG400、PEG6000、PVPK30的顺序依次增大。

  当添加剂浓度变化时,以PEG400为例,测定铸膜液体系的黏度,如所示。

  由可知,当添加剂质量分数由3增大到10时,PES:铸膜液黏度由2. 8增大到5.5Pa s;PESz铸膜液黏度由0. 45增大到0.67Pas.显然,对于同种PES铸膜液,其黏度随添加剂浓度的增大而增大。导致该现象的可能原因是添加剂浓度增大,铸膜液高分子聚集体尺寸增大。

  剪切速率AT1不同添加剂浓度时铸膜液黏度2.4膜性能测定2.4.1膜厚度测定使用数显螺旋测微器测定了PESuPES样品在添加剂分别为PEG400,PEG6000,PVPK30时制得的超滤膜的厚度。结果如表2所示。表2PES超滤膜厚度添加剂质量分数3添加剂质量分数10 PES!厚度/误差/士PESz厚度/误差/±PES:厚度/误差/±PESz厚度/误差/士由表2可知,添加剂分别为PEG400、PEG6000、PVPK30时,PES!超滤膜的厚度均小于PESz超滤膜的厚度。这说明,PES分子量大时,制得的超滤膜的厚度较小。不同添加剂时,PES超滤膜厚度按添加剂为PEG400,PEG6000,PVPK30的顺序依次递增。当添加剂质量分数由3增大到10时,同种PES制得的超滤膜厚度增大。由和表2也可得到不同添加剂时铸膜液黏度和超滤膜厚度的关系:对于同种PES制得的超滤膜,在相同操作条件下,随着黏度增大,超滤膜厚度增加。这与TorrestianaSanchez等的研究结果一致。膜的厚度决定于铸膜液的相分离,而相分离是热力学因素和动力学因素共同作用的结果。一方面,添加剂或PES分子量增大,热力学稳定性变差从而加速相分离。由可知,添加剂为PVPK30体系的浊点线距离PES―NMP轴线近,易发生相分离。同种添加剂时,与PES2体系相比,PES系浊点线更靠近聚合物一溶剂轴线,易发生相分离;另一方面,由可知,添加剂或PES分子量增大,铸膜液黏度增大,在动力学上阻碍了相分离。当动力学影响大于热力学影响时,非溶剂向铸膜液中的扩散减弱,膜厚度减小;当热力学影响大于动力学影响时,膜厚度增大。

  2.4.2膜过滤性能测定水通量、对介质PEG20000的通量及截留率。其中PES质量分数为20,添加剂质量分数为3 5g/L.结果如所示。

  添加剂为PEG400、PEG6000时,由(a)可知,与PESZ超滤膜相比,PESi超滤膜的纯水通量略有增加;由(b)可知,£超滤膜对PEG20000的通量略大,而截留率略低。添加剂为PVPK30时,由(a)可知,PE超滤膜的纯水通量为51.(a为膜的纯水通量;b为膜对PEG20000的通量及截留率)不同添加剂对膜通量及截留率的影响h),远大于PESa超滤膜纯水通量27. h);由(b)可知,与PES2超滤膜相比,PES滤膜对PEG20000的通量较大,而截留率较低。这说明,使用同种添加剂时,随着PES分子量增大,超滤膜通量增大截留率降低。从(b)还可以看到,超滤膜对PEG20000通量按添加剂为PEG400,PEG6000,PVPK30的顺序依次增大;添加剂为PEG400时,PES超滤膜截留率大于添加剂为PEG6000时超滤膜的截留率,这是由于添加剂PEG400、PEG6000体系相分离过程中热力学影响大于动力学影响,由于按照PEG400,PEG6000的顺序铸膜液体系热力学稳定性变差,加速了相分离,使形成的膜孔尺寸变大,导致超滤膜的通量增大截留率下降。添加剂为PVPK30时,PES超滤膜截留率大于添加剂为PEG6000时超滤膜的截留率,由于PVPK30体系铸膜液粘度较大,动力学上阻碍了相分离,导致膜孔变小,但PVPK30是一种强水溶性致孔剂,可增加膜表面孔隙率。因此与添加剂为PEG6000的超滤膜相比,添加剂为PVPK30的超滤膜有较大的通量和较高的截留率。测定不同添加剂浓度下超滤膜的过滤性能。结果如所示。

  (a、b为PES膜的通量及截留率;c、d为PE膜的通量及截留添加剂浓度对膜通量及截留率的影响由可知,当添加剂浓度从3增大到10时,PE超滤膜的纯水通量、对PEG20000的通量增大幅度较大,截留率略有下降。PES2超滤膜的纯水通量、对PEG20000的通量增大幅度较小,截留率下降幅度也较小。这说明,添加剂浓度增大时,铸膜液黏度增大,在动力学上阻碍了相分离;但热力学稳定性变差,又加快了相分离。由于添加剂浓度增大时对热力学的影响大于动力学影响,因此相分离速度较快,得到的超滤膜孔径增大,导致超滤膜的通量增大而截留率降低。

  3结论本文采用分子量不同的PES材料并选用添加研究了添加剂对不同分子量聚醚砜热力学相图、铸膜液黏度、超滤膜性能的影响。研究结论总结如下。

  由相图可知,同种添加剂时,与小分子量的PES体系相比较,大分子量的PES体系热力学稳定性较差。同种PES不同添加剂时铸膜液体系热力学稳定性顺序为:PEG400〉PEG6000〉PVPK30.铸膜液黏度与剪切速率无关,均呈现牛顿流体的性质。添加剂分别为PEG400、PEG6000、PVP K30时,PES分子量大的铸膜液体系黏度增大。不同添加剂时,铸膜液黏度由大至小的顺序为:PVPK30体系>PEG6000体系>PEG400体系对于同种PES的铸膜液黏度随添加剂浓度的增大而大。

  添加剂分别为PEG400、PEG6000、PVPK30时,分子量大的PES,制得的超滤膜的厚度减小。添加剂浓度增大时,同种PES制得的超滤膜厚度增大。同种PES制得的超滤膜,在相同操作条件下,随着粘度增大,超滤膜厚度增加。

  添加剂分别为PEG400、PEG6000、PVPK30时,分子量大的PES超滤膜有较大的通量和较低的截留率。对于同种PES超滤膜,添加剂浓度大时,超滤膜通量增大截留率降低。

  PES超滤膜对PEG20000通量按添加剂为PEG400,PEG6000,PVPK30的顺序依次增大。添加剂为PVPK30、PEG400时PES超滤膜对PEG20000截留率大于添加剂为PEG6000时PES超滤膜截留率。

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