相轉(zhuǎn)化法+溶膠-凝膠法制備PAN-SiO2雜化膜的研究.pdf

1、膜污染導(dǎo)致膜的壽命降低，成本增加，是多孔聚合物膜廣泛應(yīng)用的主要障礙，將具有優(yōu)良的親水性、高的比表面積等特點(diǎn)的無機(jī)納米粒子引入多孔聚合物膜中以制備有機(jī)-無機(jī)雜化膜，在提高多孔聚合物膜抗污染性能上已被證明是一種行之有效的方法。然而，無機(jī)納米粒子易團(tuán)聚和無機(jī)納米粒子與有機(jī)聚合物之間的相容性差、結(jié)合力弱，是制備有機(jī)-無機(jī)雜化膜的兩個(gè)主要存在的問題。因此，探索和開發(fā)具有良好的孔徑可控性和孔徑分布窄的有機(jī)-無機(jī)雜化膜的制備新方法、新途徑，具有重要意

2、義。
　　基于以上問題的考慮，我們利用相轉(zhuǎn)化法+溶膠-凝膠法制備了具有良好孔徑可控性和窄的孔徑分布的PAN/SiO2雜化膜，同時(shí)提高了其抗污染性能，并對(duì)水解改性以及納米雜化過程對(duì)膜的性能進(jìn)行了深入探討。采用衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、Zeta電位儀和接觸角測(cè)試儀等儀器分別對(duì)實(shí)驗(yàn)制備膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形貌結(jié)構(gòu)、表面粗糙度、表面電荷和親水性等進(jìn)行表征。采

3、用錯(cuò)流過濾實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了PAN膜、水解膜以及雜化膜的截留分子量（MWCO）、純水滲透通量以及對(duì)不同溶質(zhì)水溶液的分離性能。最后，通過采用靜態(tài)蛋白吸附和動(dòng)態(tài)抗污染實(shí)驗(yàn)，研究了制備膜的抗污染性能，同時(shí)考察雜化膜運(yùn)行的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論如下：
　?。?）通過ATR-FTIR和XPS分析可知，正硅酸四乙酯（TEOS）經(jīng)過水解縮聚反應(yīng)生成了納米級(jí)的SiO2顆粒，并通過表面的羥基和水解生成的羧基基團(tuán)交聯(lián)，SEM以及分布圖顯示了無論在膜表面還

4、是膜孔內(nèi)表面，生成的納米SiO2分布均勻，無明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)。在3次連續(xù)循環(huán)污染實(shí)驗(yàn)后，PAN/SiO2-25雜化膜通量恢復(fù)率（FRR）仍可以維持在90.3％，充分顯示了雜化膜具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)表明生成的納米顆粒與膜表面的結(jié)合性較好。
　?。?）通過SEM和EDS分析可知，生成納米顆粒的大小隨著TEOS濃度的增大而逐漸增大，從大約20 nm長(zhǎng)大到85 nm，導(dǎo)致膜表面粗糙度略有增加，雜化膜的分離層因此也變的更加致密。通過孔

5、徑和孔隙率分析可知，通過水解+原位溶膠-凝膠制備的雜化膜孔徑在納米顆粒堵孔的作用下逐漸減小，孔徑從PAN膜的0.073μm縮小到PAN/SiO2-25雜化膜的0.006μm，相應(yīng)地，純水通量從605.4 L/m2·h下降到58.7 L/m2·h，孔隙率從78.6%減小到72.3%，且隨著TEOS濃度的增加，PAN/SiO2雜化膜也呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。
　　（3）水解程度、TEOS濃度、交聯(lián)時(shí)間和交聯(lián)溫度等影響PAN/SiO2雜化膜的

6、性能。水解程度、TEOS濃度、交聯(lián)時(shí)間和交聯(lián)溫度增加，雜化膜滲透通量下降，對(duì)PEG的截留率上升。在PAN聚合物濃度=15.0 wt.%，TEOS=25%v/v（TEOS/C2H5OH），水解程度=44.69%，交聯(lián)溫度=105℃，交聯(lián)時(shí)間=8 min的條件下制備PAN/SiO2雜化膜，其純水通量為58.7 L/m2·h，PEG6000截留率為90.18%。
　?。?）通過對(duì)比PAN膜、PAN-COOH水解膜和PAN/SiO2雜化膜