殼聚糖季銨鹽-高分子復合納濾膜的制備及其特征研究.pdf

1、通過季銨化與接枝共聚兩種不同的方式對殼聚糖進行改性，獲得了兩種不同的殼聚糖季銨鹽，分別為2-羥基-3-三甲銨基．丙基殼聚糖(HAPC)和殼聚糖-三甲基烯丙基氯化銨接枝共聚物(GCTACC)。以HAPC和GCTACC為活性層的成膜材料，以親水性不一的聚砜(PSF)超濾膜、聚丙烯腈(PAN)超濾膜為支撐層，以環(huán)氧類、二異氰酸酯類等不同類型的有機試劑為交聯(lián)劑，采用涂敷和交聯(lián)的方法，制備了11種新型荷正電復合納濾膜。利用掃描電境(SEM)、原子

2、力顯微鏡(AFM)對其結(jié)構(gòu)形貌進行觀察；利用紅外光譜對膜表面交聯(lián)情況進行分析；此外，還調(diào)查了復合膜的滲透特征和一些其它特征。 以高氯酸為催化劑和反應介質(zhì)，使殼聚糖在均相條件下與縮水甘油醚三甲基氯化銨發(fā)生季銨化反應，制備2-羥基-3-三甲銨基．丙基殼聚糖(HAPC)。 以HAPC為活性層材料，以PAN為支撐層，以具有不同鏈長結(jié)構(gòu)的環(huán)氧氯丙烷(ECH)和丙三醇三縮水甘油醚(GCGCE)環(huán)氧類為交聯(lián)劑制備了兩種HAPC/PAN

3、復合納濾膜。ECH交聯(lián)的復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為9.25L·h<'-1>·m<'-2>Mpa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，其截留分子量為560，膜孔徑約為0.74nm，均方粗糙度(RMS)為8.50±1.5(10<'3>nm)；電壓滲系數(shù)為12.0mv·MPa<'-1>；在操作壓力為1.0MPa下，對1000 mg·L<'-1>MgCl<,2>、CaCl<,2>、KCI、NaCl和Na<,2>SO<,4>溶液的截留率

4、分別為96.6、96.6、56.1、57.5和26.6﹪，通量分別為7.00、7.30、16.3、15.9、9.86 L·m<'-2>·h<'-1>GCGCE交聯(lián)HAPC/PAN復合納濾膜。該復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為16.6 L·h<'-3>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，其截留分子量為800，膜孔徑約為0.84nm；均方粗糙度(RMS)為22.3±0.30(10<'3>nm)，；電壓滲系數(shù)為4.

5、43mv·MPa<'-1>；在操作壓力為1.0MPa，對1000 mg·L<'-1>MgCl<,2>、CaCl<,2>、MgSO<,4>、 KCl和K<,2>SO<,4>溶液的截留率分別為87.9、72.4、25.4．、19.1和11.3﹪，通量分別為12.2、22.9、28.9、29.6和31.8 L·m<'-2>·h<'-1>。 發(fā)現(xiàn)具有長鏈結(jié)構(gòu)GCGCE交聯(lián)HAPC/PAN的復合納濾膜的截留分子量、純水滲透系數(shù)均要大于具有

6、短鏈結(jié)構(gòu)ECH交聯(lián)HAPC/PAN的復合納濾膜。 以HAPC為活性層材料，以PAN為支撐層，以具有不同剛軟結(jié)構(gòu)的二異氰酸酯如六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)為交聯(lián)劑，分別制備了兩種HAPC/PAN復合納濾膜。HDI交聯(lián)的復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為17.2 L·h<'-1>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，截留分子量為520，膜孔徑約為0.72nm，電壓滲系數(shù)為6.31 m

7、v·MPa<'-1>；均方粗糙度(RMS)為15.6±0.24(10<'3>nm)；在操作壓力為1.0MPa下，對1000 mg·L<'-1>MgCl<,2>、CaCl<,2>、KCl、NaCl和Na<,2>SO<,4>溶液的截留率分別為92.9、93.4、50.3、67.3和19.6％，通量分別為12.3、32.8、31.3、10.4和32.3 L·m<'-2>·h<'-1>；HDI和TDI交聯(lián)的復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為10.6

8、L·h<'-1>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0 MPa下，截留分子量為560，膜孔徑約為0.74nm；電壓滲系數(shù)為7.73 mv·MPa<'-1>；均方粗糙度(RMS)為12.3±0.52(10<'3>nm)；在操作壓力為1.0MPa下，對1000mg·L<'-1>MgCl<,2>、CaCl<,2>、MgSO<,4>、KCl、NaCl和Na<,2>SO<,4>溶液的截留率分別為96.6、95.6、50.4、6

9、1.5、61.5和24.7％，通量分別為12.9、14.7、15.3、14.1、13.2和12.6 L·m<'-2>·h<'-1>。發(fā)現(xiàn)以單一具有軟性結(jié)構(gòu)的HDI為交聯(lián)劑制備的納濾膜具有較強的截留能力和透水能力。以單一具有剛性結(jié)構(gòu)的TDI為交聯(lián)劑所制備的復合膜較脆、易裂；且制備條件苛刻。以TDI與HDI混合為交聯(lián)劑所制備的復合膜，有較強的截留能力和適中的透水能力。 以HAPC為活性層材料，以PAN超濾膜為支撐層，以己二酸和乙酸酐

10、的混合酸酐為交聯(lián)劑，制備了另一種HAPC/PAN復合納濾膜。該膜在室溫下純水滲透系數(shù)為6.99 L·h<'-1>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0 MPa下，截留分子量為560，膜孔徑約為0.74nm：電壓滲系數(shù)為7.73 mv·MPa<'-1>；均方粗糙度(RMS)為7.50±0.31(10<'3>nm)；在操作壓力為1.0MPa下，對1000 mg·L<,-1>MgCl<,2>、NaCl、KCl、MgSO<,

11、4>、K<,2>SO<,4>、Na<,2>SO<,4>和CaCl<,2>溶液的截留率分別為95.8、69.7、65.7、38.1、21.9、27.5和97.2％，通量分別為4.81、7.96、8.88、7.96、8.19、8.27和7.65 L·m<,-2>·h<,-1>。由于交聯(lián)時引進酯基，復合膜的疏水性增強，該復合膜截留能力較強，但透水性降低。 以HAPC為表面活性層，以PSF為支撐層，分別以HDI和ECH為交聯(lián)劑，制備了兩

12、種HAPC/PSF復合納濾膜。HDI交聯(lián)HAPC/PSF的復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為13.6 L·h<,-1>·m<,-2>·MPa<,-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，該膜截留分子量為500，膜孔徑約為0.71nm；電壓滲系數(shù)為10.8 mv·MPa<,-1>；均方粗糙度(RMS)為9.63±0.18(10<'3>nm)；在操作壓力為1.0MPa下，對1000 mg·L<'-1>MgCl<,2>、MgSO<,4>、Na<,2

13、>SO<,4>、K<,2>SO<,4>、KCl和NaCl溶液的截留率分別為96.9、58.5、36.5、33.1、76.0和80.9％，通量分別為12.9、11.9、11.6、11.6、13.8和13.9 L·m<'-2>·h<'-1>；ECH交聯(lián)的復合膜在室溫下純水滲透系數(shù)為12.6 L·h<'-1>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，該膜截留分子量為720，膜孔徑約為0.82nm；電壓滲系數(shù)為34.2

14、 mv·MPa<'-1>；均方粗糙度(gMS)為8.45±0.38(10<'3>nm)，在操作壓力為1.0MPa下，對1000 mg·L<'-1>MgCl<,2>、MgSO<,4>、Na<,2>SO<,4>、K<,2>SO<,4>、KCl和NaCl溶液的截留率分別為96.5、45.0、31.8、22.5、67.1和70.8％，通量分別為15.6、14.1、14.4、13.9、15.5和14．1L·m<'-2>·h<'-1>。以PSF為支

15、撐層，HDI為交聯(lián)劑所制備的HAPC/PSF復合納濾膜相對以PAN為支撐層所制各的HAPC/PAN復合納濾膜，膜的截留性能提高，但透水能力下降；以PSF為支撐層，ECH為交聯(lián)劑所制備的HAPC/PSF復合納濾膜相對以PAN為支撐層所制備的HAPC/PAN復合納濾膜，膜的透水能力增強，但截留性能幾乎保持不變。 將殼聚糖與三甲基烯丙基氯化銨進行接枝共聚，制備殼聚糖．三甲基烯丙基氯化銨接枝共聚物(GCTACC)。 以GCTAC

16、C為表面活性層材料，以PAN為支撐層，以ECH為交聯(lián)劑所制備的GCTACC/PAN復合納濾膜。該膜在室溫下純水滲透系數(shù)為6.30L·h<'-1>·m<'-2>·MPa<'-1>；在室溫和操作壓力為1.0MPa下，其截留分子量僅為490左右，膜孔徑約為0.70nm：電壓滲系數(shù)為11.7mv·MPa<'-1>；均方粗糙度(RMS)為10.2±0.13(10<'3>nm)；在操作壓力為1.2MPa時，對質(zhì)量濃度為1000 mg·L<'-1>的