文章编号:１００１-９７３１(２０１４)２４-２４０５０-０５
正电型PVC/PEI复合纳滤膜的制备及其盐/染料分离性能?
崔月,许云秋,姚之侃,杜世媛,赵斌,朱宝库,朱利平
(浙江大学高分子科学与工程学系,膜与水处理技术教育部工程研究中心,
高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州３１００２７)
摘要:在聚氯乙烯(PVC)超滤膜表面通过沉积形成与之共价结合的聚乙烯亚胺(PEI)层,先后用戊二醛和２,３-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)令PEI交联和季铵化,制备了荷正电PVC/PEI复合纳滤膜;考察PEI分子量和EPTAC浓度对膜结构及性能的影响.结果表明,当分子量分别为５万和７万的两种PEI按质量比１?１混合使用时,可以得到皮层致密均一的复合膜,EPTAC季铵化后PVC/PEI复合纳滤膜荷正电,有良好的亲水性,０．３MPa操作压力下水通量达５８．７L/m２四h,对NaCl不截留,对刚果红染料的截留率达９８．９％,在染料和无机盐分离领域具有重要意义.关键词:聚氯乙烯;聚乙烯亚胺;荷正电;纳滤膜
中图分类号: TQ０２８．８文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１４．２４．０１０
１引言
纳滤(nanofiltration,NF)介于超滤和反渗透,截留分子量在２００~２０００之间,主要用于纳米尺度组分的分离,故而得名[１].与反渗透相比,纳滤可在低压下(小于１MPa)运行,设备要求低,在食品工业[２]二废水处理[３-４]二石油开采二制药[５]等领域有广阔的应用前景.商业化纳滤膜有两种制备方法:一是由二胺与二酰氯界面聚合形成聚酰胺纳滤层[６];二是在超滤膜表面由磺化芳香族聚合物(主要是磺化聚醚砜)构建纳滤皮层[７].前者过程简单,但分离选择性低二耐余氯氧化性差;后者荷负电,对荷负电物质的分离性好,但适用的磺化聚合物种类很少.因此,制备具有荷正电特征的新型纳滤膜具有重要意义.
聚氯乙烯是产量仅次于聚乙烯的第二大合成树脂,价格低廉,具有优异的机械强度,化学稳定性好,耐腐蚀.本文研究团队１０多年前以其为膜材料开发出的聚氯乙烯超滤膜,已实现大规模的工业化生产和应用[８-９].虽然先后有PVC超滤改性微滤[１０]二超滤[１１-１２]的研究报道,但除了本课题组外,迄今还未见有关PVC基纳滤膜研究的报道.
聚合过程的链转移[１３]等反应,使得PVC链中存在部分高活性的C－Cl键(如叔碳-氯二氯烯丙基等),其活泼的氯原子可与胺类化合物进行烷基化反应[１４],是本研究提出在PVC超滤膜表面构筑聚乙烯亚胺(PEI)层的理论根据.在PVC膜表面PEI经热处理实现与之共价结合,继而戊二醛令氨基交联二EPTAC 与氨基反应形成季铵盐,期望由此开发一种新型的荷正电的PVC/PEI复合纳滤膜的制备方法.
２实验
２．１主要原料与试剂
聚氯乙烯(PVC-１３００),华尔沃试剂公司.聚乙烯亚胺PEI-７w(M w＝７００００)和PEI-２w(２００００)二戊二醛二刚果红二维多利亚蓝B二氨基黑１０B,阿拉丁试剂公司.２,３-环氧丙基三甲基氯化铵,东营国丰精细. CaCl２二NaCl国药集团.
２．２荷正电PVC/PEI复合纳滤膜的制备
采用浸没沉淀相转化法制备PVC超滤底膜(M０).表１为PEI水溶液配方.
表１ PEI水溶液配方
Table１The com p ositions of PEI filtration solution 膜编号PEI-２w/wt％PEI-７w/wt％
M１０１００
M２３０７０
M３５０５０
M４７０３０
M５１０００
将事先配制如表１所示一定浓度的PEI水溶液倾于其上;待水滤去之后,则PEI在PVC超滤表面自然沉积,形成薄层;经７０?热处理,PVC-PEI间形成共价结合;去离子水冲洗;继将膜浸泡在１％戊二醛水溶液中１０min,再经６０?热处理１h,令醛基与氨基反应实现PEI层的交联(M１-M５);最后将膜在不同浓度(５％,１０％和１５％(质量分数))二６０?的EPTAC溶液中浸泡１h,取出,用去离子水清洗,得到荷正电的PVC纳滤膜(以M３为例,分别命名为M３-５％二M３-１０％和M３-１５％).制备过程中PEI层化学组成的变化如图１所示.
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２２０１４年第２４期(４５)卷
?基金项目:国家自然科学基金资助项目(２０９７４０９４);国家高技术研究发展计划(８６３计划)资助项目(２０１２AA０３A６０２)
收到初稿日期:２０１４-０７-１７收到修改稿日期:２０１４-０９-１８通讯作者:朱宝库,E-mail:zhubk＠z j u．edu．cn
作者简介:崔月(１９８９－),女,河北石家庄人,硕士,师承朱宝库教授,从事分离膜材料研究.