低成本無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合微濾膜的制備表征及應(yīng)用.pdf

1、無(wú)機(jī)陶瓷微濾膜具有許多優(yōu)點(diǎn)，如耐高壓、耐腐蝕和耐用易清洗等。因此，在處理油水分離、過(guò)濾生物醫(yī)藥中的微生物、分離提純食品發(fā)酵液中的有效成分等方面有著廣泛的應(yīng)用。但制備陶瓷微濾膜的方法是將無(wú)機(jī)納米粉體層涂在無(wú)機(jī)陶瓷支撐體上，然后再將粉體層經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，形成無(wú)機(jī)分離層。所用納米粉體的顆粒尺寸分布均勻一致，價(jià)格不菲。此外，制備中的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程導(dǎo)致陶瓷膜的成品率不高。這些都造成了無(wú)機(jī)陶瓷微濾膜制備的高成本，進(jìn)而限制了陶瓷膜應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。有機(jī)聚合

2、物膜雖然存在不耐溶劑、不耐高溫和不耐高壓等缺點(diǎn)，但具有制備簡(jiǎn)便、孔結(jié)構(gòu)易調(diào)、選擇性高和成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜可以將無(wú)機(jī)陶瓷膜和有機(jī)聚合物膜各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，在提高陶瓷微濾膜選擇性能的同時(shí)，還可以降低微濾膜的制備成本。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合微濾膜的研究，主要是聚焦在陶瓷基聚合物復(fù)合膜。在眾多的制備方法中，直接向支撐體上涂覆聚合物是較為簡(jiǎn)單的方法。但是，目前制備無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合微濾膜所用的支撐體孔徑較小，集中在0.5-1.2μm

3、之間，即在陶瓷微濾膜的表面上涂敷聚合物膜液，這勢(shì)必會(huì)增加復(fù)合膜的制備成本，不利于擴(kuò)大無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合微濾膜的工業(yè)化應(yīng)用。
　　因此，為了降低復(fù)合膜的制備成本，制備了一種管式陶瓷基-PEKC-CA復(fù)合膜。選用19通道的無(wú)機(jī)陶瓷管（孔徑在5-20μm之間）作為支撐體，以聚合物酚酞基聚醚酮(PEKC)作為中間層，以聚合物醋酸纖維素(CA)作為分離層，通過(guò)減壓涂覆和干濕相轉(zhuǎn)化的方法制備膜。陶瓷基-PEKC-CA復(fù)合膜的潤(rùn)濕性用接觸角進(jìn)行了表征

4、，復(fù)合膜和支撐體的表面與截面結(jié)構(gòu)用掃描電鏡進(jìn)行了表征。此外還對(duì)復(fù)合膜的通量和截留性能進(jìn)行了表征。陶瓷基-PEKC-CA復(fù)合膜對(duì)聚氧乙烯(PEO，Mw=600，000)的截留率最高可達(dá)到45％，對(duì)聚氧乙烯(PEO，Mw=1，000，000)的截留率最高可達(dá)到55％。最后復(fù)合膜用來(lái)處理米糠發(fā)酵液，得到了澄清透明的滲透液，且發(fā)酵液多糖含量的損失僅為0.2％。這種方法簡(jiǎn)化了復(fù)合膜的制備過(guò)程，降低了復(fù)合膜的制備成本，但是其通量與商業(yè)化的無(wú)機(jī)陶瓷膜

5、相比，相距甚遠(yuǎn)。
　　為了進(jìn)一步提高復(fù)合膜的通量，制備了管式陶瓷基-PVDF/CA復(fù)合微濾膜。以19通道的無(wú)機(jī)陶瓷管（孔徑在5-20μm之間）作為支撐體，以PVDF/CA的共混物作為分離層，通過(guò)加壓涂覆和干濕相轉(zhuǎn)化的方法制備膜。PVDF/CA膜液的濃度是影響復(fù)合膜性能的決定性因素，且膜液的濃度越高，復(fù)合膜的截留性能越好。為了研究制備條件和膜性能的聯(lián)系，用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定了膜液的粘度，用掃描電鏡觀(guān)察了復(fù)合膜的表面和截面形態(tài)。此外，還對(duì)

6、膜的滲透性和截留率性能進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示:當(dāng)PVDF/CA膜液的濃度從8wt％增加到18wt％，其純水通量從200增加到2000 L/m2·h;復(fù)合膜對(duì)聚氧乙烯(PEO，Mw=1，000，000)的截留率比商業(yè)化50 nm的無(wú)機(jī)陶瓷膜的要高;處理米糠發(fā)酵液時(shí)，其濁度去除率可達(dá)到99％。更為重要的是復(fù)合膜在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的物理清洗后，其通量恢復(fù)率可達(dá)到80％左右。
　　為了證明管式陶瓷基-PVDF/CA復(fù)合微濾膜的成本低，對(duì)其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)

7、評(píng)估。通過(guò)核算:一支24 cm的復(fù)合膜，其制備成本約為9.70$;一支24 cm的50 nm無(wú)機(jī)陶瓷膜，其成本約為24.12$。由此可知，商業(yè)化的無(wú)機(jī)陶瓷微濾膜的成本幾乎是復(fù)合膜制備成本的2.5倍。因此，鑒于復(fù)合膜簡(jiǎn)單快捷的制備方法以及較低的成本，和商業(yè)化的無(wú)機(jī)陶瓷膜相比，復(fù)合膜在微濾膜的應(yīng)用中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。但是，24 cm復(fù)合膜的處理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了工業(yè)化實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的需求，故更大處理量的復(fù)合膜亟待研究開(kāi)發(fā)。
　　在陶瓷基-