聚砜超滤膜

聚砜超滤膜目录一、超滤膜简介二、聚砜超滤膜三、制备方法四、实验研究五、前景展望六、参考文献一、超滤膜简介超滤膜是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大分类：超滤膜的结构有对称和非对称之分。对称：各向同性，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；非对称：具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。（工业使用的超滤膜一般为非对称膜。）超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。二、聚砜超滤膜聚飒由于其良好的化学稳定性、耐水性、耐热性、尺寸稳定性、以及较好的成膜性和机械强度、在微滤、反渗透、超滤、电渗析、气体分离、生物工程、医疗等方面得到了广泛的应用、尤其适合应用于制备性能优异的血液透析膜、聚飒血液透析膜可以有效缓解肾病对人体的威胁。􀀁聚砜Polysulfone（简称PSF或PSU）聚砜在现在的分离膜材料占有着主导地位，由于该分子主链上含有砜基，导致这类聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱腐蚀性能、优异的机械性能以及突出的抗蠕变性能。但耐候性和耐紫外线稍差，属于疏水性膜材料，在其结构性能方面也还需要改善。聚砜的几种典型结构双酚A型聚砜(PSF)聚醚砜(PES)聚砜酰胺(PSA)酚酞型聚醚砜(PES-C)含二氮杂萘酮结构的聚醚砜(PPES)双酚A型聚砜(PSF)双酚A型聚砜(PSF)一般也简称聚砜，是聚砜类聚合物最早的产品，在1965年由UCC公司成功开发，玻璃化温度(Tg)为195℃，可在150℃下长期使用。其结构式如图聚醚砜(PES)聚醚砜是由苯基通过醚和砜基连接而成，有的文献也称为聚芳醚砜。它在结构上与双酚A聚砜有着显著的差别，主链中不含脂肪链C—C结构和联苯结构，也没有任何酯类结构，因此，聚醚砜有着比聚砜更出色的热稳定性和抗氧化性，其Tg为225℃，被誉为第一个综合了高热变形温度、高冲击强度和优良成型性的特种工程塑料。其结构式如图聚砜酰胺(PSA)聚砜和聚醚砜因为分子链上没有亲水性基团，所以材料有着很强的疏水性。聚砜酰胺则与之有着很大的区别，具有较强的亲水性，耐有机溶剂性能也很优异。聚砜酰胺是由苯基通过砜基和酰胺基连接而成，其结构式如图酚酞型聚醚砜(PES-C)酚酞型聚醚砜是由长春应化所研发的，它在聚砜主链中引入一个大的酚酞侧基，破坏了大分子链的紧密堆砌，增加了聚合物分子的自由体积，使得溶剂分子更易于扩散进去，能够提高聚砜的溶解性能。同时，大侧基的引入并不降低聚砜的刚性，使其保持了优异的耐高温性能。所制备的分离膜亲水性得到了大大的改善，但是因为酚酞侧基易发生水解，使得材料的耐酸碱性能有所降低。它的结构式如图含二氮杂萘酮结构的聚醚砜(PPES)含二氮杂萘酮结构的聚醚砜是由大连理工大学研究完成的，是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚类树脂，其Tg高达265～305℃。因其具有耐高温、可溶解的特性，在耐高温分离膜领域具有很好的应用前景。所制的分离膜具有良好的成膜性、渗透选择性和耐高温性能。其结构式如图三、制备方法熔融纺丝—拉伸法是指聚合物在高应力下熔融挤出,后拉伸过程中聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉伸成孔。热致相分离法是指聚合物与高沸点小分子化合物在高温下形成均相液态,降温过程中发生固一液或液一液相分离成孔。相转化法一般分为湿法和干法,制备过程主要包括聚合物溶解,静置脱泡,浇铸成膜,浸人凝固浴。改性方法聚砜类膜材料的表面自由能较低，水接触角很大，使其体现为较强的疏水性，从而导致严重的膜污染问题。主要有以下几种方法来实现这一目标。物理改性共聚改性膜材料本体的改性：磺化、氨基化、金属锂化表面接枝：等离子体处理、光引发接枝改性四、实验研究4.1物理改性Xavier等早在1977年就提出将PSF与磺化聚砜(SPSF)进行共混，制备合金膜。随后，吴开芳、罗川南等对聚砜类材料与其磺化物共混制备分离膜也进行了深入的研究。结果表明，共混后分离膜孔径分布均匀且孔径较小，亲水性较强，膜的截留率也有所提高。同时还发现分离膜的截留和通量与共混体系中聚合物的相容性以及其比例有关。通过共混制备的合金膜的各项性能随着共混体系的变化而变化。但是，通过实验研究，对各个参数进行优化，确定其最佳组合，可以制得性能更优，甚至具有某些新性能的分离膜。4.2共聚改性共聚改性是指通过化学的方法重新设计聚合物的分子链，在聚砜类膜材料的合成阶段通过与其他类型的有机材料进行共聚，在分子主链上引入其他结构单元，从而满足应用要求。濮德林、谢宇梅等通过端二异氰酸根聚醚型聚氨酯与端二羟基聚醚砜进行嵌段共聚，将合成的共聚物制备成中空纤维膜应用于中药丹参有效成分的分离，通过测定膜的接触角和膜的污染度，测定结果都表明，改性后膜的亲水性有所提高，抗污染性能也得到了改善。王雪、高从楷等研究了含辣素衍生结构的高聚物对聚砜膜的改性。辣素是一种环境友好的天然防污剂，具有优良的抑菌性能。首先通过自由基聚合合成具有辣素衍生结构的共聚物P(H-co-M)和P(H-M-A);然后通过沉淀相转化法制备出两种抑菌型超滤膜，分别是二元共聚物改性超滤膜和三元共聚物改性超滤膜。实验结果表明：经改性后，稳定膜通量和截留率均有所提高，改性超滤膜分离性能也优于原PSF超滤膜。同时二元共聚物改性超滤膜有更强的抑菌性能。加入膜表面亲水剂后，对三元共聚改性膜的影响较大。其表面膜通量有很大的提高。4.3光引发接枝改性光引发接枝聚合是利用紫外光照射材料表面产生自由基，从而引发单体在表面接枝聚合。紫外光接枝聚合有很多优点，聚合反应条件温和，而且长波紫外光(300～400nm)能量低，在能够被光引发剂吸收而引发反应的条件下却又不会被高分子材料所吸收，在不影响材料本体的前提下，达到表面改性的目的，是一种理想的聚合物改性和功能化技术。4.4膜材料本体的改性膜材料本体的改性是指对膜材料本身用化学方法赋予某种功能基团，如磺酸基、氨基等，然后将改性后的膜材料用于分离膜的制备，从而达到改善膜性能的目的。在经过改性后，分子链上的功能基团决定了分离膜的性质，而主链仍保持了聚合物的内在稳定性。Ghosal等人研究了聚砜接上氨基和邻苯二甲酰亚胺，将经过改性的聚合物用于制备CO2/CH4气体分离膜，实验结果表明，接有苄基苯胺的聚砜具有较高的CO2溶解性和CO2/CH4溶解选择性，这可能是因为CO2与苄基苯胺之间有很强的作用力，能够阻止CO2的扩散。4.5等离子体处理等离子体处理是指高分子材料在经过低温等离子体放电后，其表面活化产生大量自由基，然后通过这些自由基引发聚合反应。低温等离子技术最初应用于制备反渗透膜和高度表面选择性的气体分离膜，现在已经广泛用于各类膜的改性。詹劲、郭志刚等人利用低温等离子体引发接枝反应,在表面带负电的聚砜膜上引入带正电的单体聚合物。减少了膜表面的净电荷。对其进行了改性。结果表明，改性后的膜具有更好的抗污染能力.此外,表面电荷更小的膜将在利用电场分离的膜装置中发挥作用。五、前景展望膜分离过程已成为解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高新技术。聚砜类材料是一种性能优良、使用范围广的膜材料，通过共聚、共混、表面接枝改性等手段对其进行改性，开发出性能更优的膜材料，完善现有制备技术，开发新的制膜技术，必将促使聚砜类分离膜在更多领域、更严格的条件下获得更广泛的应用。六、部分参考文献罗川南，徐海涛．PSF/ER合金膜的膜材料对膜性能的影响．化学世界，2003杨勇，孙斌．聚砜类合金分离膜研究进展．分子材料科学与工程，2000王勇，王鸿儒.聚砜类分离膜材料改性研究进展.塑料工业.2012MinSooKang,BaehyuckChun,SunSooKim1SurfaceModificationofPolypropyleneMembranebyLow2temperaturePlasmaTreatment1JournalofAppliedPolymerScience,2001詹劲，郭志刚.利用低温等离子体进行聚砜膜的表面改性.化工学报.2004王雪，高从楷.含辣素衍生结构共聚物改性的聚矾超滤膜的研究.2012崔韬,陈寅生.聚砜超滤膜性能的研究与应用.环保科技.2009LiangB,HuangXH,SunSD,etal.Themodificationofpolysulfonemembraneandmaterial[J].ModernPlas2ticsProcessingandApplications,2005