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第飞2卷1仑3弓年环境愧ENRIVONMENTAL学C日卫M15RTyVd.12,树0.6Novomber1395荷电超滤膜的研究1.季按化聚砚超滤膜的研究张保成韩式荆(中国科学靛生态环境研究中心,北京,10008种要将氧甲基化聚矾(CMP)S超滤膜浸泡于三甲骏水溶液中制得季按化聚矾(QMPs)召雄膜.本文就门些反应条件对季按化聚枫超绘膜性能的影响进行了探讨,同时对季按化聚枫超滤膜和氯甲基化聚矾超滤膜的形态结构作了对比,并研究了它们的亲水性能和电性能等方面的差异.关健词:超滤,膜,氯甲基化聚讽,季钱化聚矶.膜科学是一门新兴的科学,膜分离技术是一种崭新的技术,目前正在得到越来越广泛的应用。为了满足各种用途的需要,国内外学者已研制开发了各种类型的膜不下百种,并在不断的探索和研究.利用荷电高分子膜处理荷相同电荷的大分子溶液,由于同性电荷间的相互排斥作用,膜污染较轻,一般来说处理效果较好.季馁化聚枫超滤膜是荷正电超滤膜,是目前研究较多的荷电超滤膜之一。通常是通过氯甲基化聚矾超滤膜季按化而制得.在阴极电泳涂漆中有广泛的应用前景.实验部分1。膜的制备先用工一S法制得氯甲基化聚矾超滤膜.将制好的氯甲基化聚枫超滤膜在一定温度下,浸泡于一定浓度的三甲胺水溶液中,过一段时间后取出用去离子水冲洗干净,即为季按化聚孤超滤膜.2.膜性能的评价对于季按化聚砚超滤膜,主要测定以下性能:水通量(f、,截留率(R),膜电阻率氢孟),孔隙率fH、,膜电压渗系数(尽).截留分子量〔MWCO),接触角(e),测量方法和氯甲基化聚现超滤膜性能测量方法相同.结果与讨论1.不同三甲胺溶液浓度对膜性能的影响三甲胺水溶液的浓度影响氯甲基化聚矾和三甲胺反应生成季按化聚矶的平衡程6期张保成等:荷电超滤膜的研究11.季胺化聚矾超滤膜的研究度,从而对季馁化程度有一定的影响.三甲胺水溶液浓度对膜性能的影响见图1.2于00一0r11{一6{}…-汀_ǎ三é·创à咬翔ǎ沂.à脚l`伽即50604030100.0:二.80.0。日芝一已à/16324864刀.0刀…0o7060DS403020时间(h)n,J石)Qù引,ó土l5一。讲挤!.040.20图1Fig.1Effeetsof三甲胺水溶液浓度、季钱化时间对膜性能的影响eoneentrationoftrimethylamine,quaternizedPeriodor;membraneCharaCte招在其它条件一样的情况下,三甲胺水溶液浓度越高,水通量越大.这是因为三甲胺水溶液浓度越高季按化程度越高,但是截留率没有太大变化,这说明膜的平均孔径变化不大,膜的电阻率也没有大的变化.2.季按化反应时间对膜性能的影响季按化反应时间越长,膜的水通量越大,膜的截留率及电阻率均没有明显变化,这说明反应时间越长,季按化程度越高,膜亲水性越强,水通量越大.但是膜孔径变化不大,膜的电阻率变化也很小.实验结果见图1.季按化时间长,虽可大大提高水通量,但是时间越长,膜溶胀程度越高,机械强度越差.如果时间太长,膜会自动破裂,一般季铁化时间以48h为佳.3.不同的氯甲基含量对季按化聚矾超滤膜膜性能的影响氯甲基含量对氯甲基化聚矾超滤膜的膜性能影响很大,如果以氯甲基化聚矾超滤膜直接季按化制得季馁化聚枫超滤膜,氯甲基含量对季胺化聚讽超滤膜性能的影响也很大,特别是和表层有密切关系的膜性能的变化表现得更为明显.实验结果如图2.氯甲基含量越高,季按化程度越高,水通量越大,电阻率越小,截留率没有大的变化.这是因为氯甲基含量越大,季按化程度也越高,亲水性越好.但是膜孔径没有大的差别.4.氯甲基化聚枫的浓度对季按化聚枫超滤膜性能的影响氯甲基化聚矾的浓度对氯甲基化聚矾超滤膜性能影响很大,同样它也是影响季按化聚矾超滤膜性能的重要因素,对于用氯甲基化聚枫超键膜直接浸泡于三甲胺水溶液中制得季按化聚枫超滤膜,季按化的结果主要是使膜的荷电性质发生了改变、以及荷电程度不同.从图2可见,随着氯甲基化聚枫浓度的增加,水通量减小,截留率基本不变,与氯甲基化聚枫超滤膜变化规律一致.440环境化学12卷ǐ|…11矛g代100211009UR一次à708060团4030一一,尸,—,\_。,`O曰几b朽j..J通朋喃印50403060分5DOù00工U4口09叼I·。日u/工日)工q白,ól220知0一40.60.8含氯量(meq/g)”行一龙l9浓度图2含氯量、氯甲基化聚讽浓度对季按化聚砚超滤膜性能的影响Fig.2EffeestofCIeontent,CMPSeoneentrationonQMPSUFmembraneeharaetefs5.季按化前后膜的形态结构氛甲基化聚枫超滤膜经季按化后,膜的荷电性质发生了改变,膜的亲水性增强.同时膜的细微结构也发生了变化.季按化程度越高.这种结构的变化也越明显.当氯甲a.季按化聚砚膜断面c.季按化聚砚膜表面b.抓甲基化聚砚膜断面抓甲基化聚碘膜表面图3含氯量较低的膜季按化前后形态结构的对比Fi`.3SEMofQMPSandCMPSUFmembranewithIowCIeonte川6期张保成等:荷电超滤膜的研究n.季胺化聚讽超滤膜的研究441基化聚枫的氯甲基含量较低时,季按化的程度也较低,如图3所示.季按化前后膜的断面结构和表面结构基本没什么改变,说明溶胀很少.抓甲基含量高的超滤膜,季按化后,季按化的程度相应也较高,如图4所示.超撼膜的结构变化较大,说明膜溶胀严重.a.季铁化聚确膜断面c.季馁化聚阅莫表面氯甲基化聚侧莫断面d.氯甲基化聚阅莫表面图4含氯量较高的膜季钱化前后形态结构的对比Fi`.4SEMofQMPSandCMPSUFmembtanewithhighCIeontent6.季按化前后膜性能的对比季钱化的结果是使氯甲基化聚矾膜的荷电性质发生了改变,膜材料带有正电荷,增0丹O,`宝汉日厂8忆70:{:含氯量(meq/g)图5季伎化前后膜水通量的对比Fi`.5DeffereneeoffluxofDlwaterbetweenCMPSUFmembraenandreleventQMPSUFmembrane含抓t(meq/g)图6季按化前后膜截留率和电阻率的对比Fi`.6ComParationofrejeeti加5andresistaneesbetweenCMPSUFmembtaneandreleventQMPSUFmembraen44忍环境化学豆2卷强了膜的亲水性,同时季按化主要发生在表层,和表层性质相关的膜性能改变更大.从含氯量对氯甲基化聚枫超滤膜及由其季按化的季按化聚砚超滤膜性能的影响可以看出:6.1随含氯量增高,氯甲基化聚枫和季钱化聚枫超滤膜的水通量均增大,含氯量相同时,季按化聚砚超滤膜的水通量比对应的氯甲基化聚枫超滤膜的低,结果见图5.6.2瘫含氯量增高,氯甲基化聚枫和季按化聚枫超滤膜的截留率变化不大,电阻率降低.含氯量相同时,季按化聚现超墟膜的,截留率路高结果见图丘,6.3氯甲基化聚机趁旅膜在季按化之后,一方面引入按离子增强了膜的亲水性,另一方面因为溶胀的原因,使得膜孔径变小,从图7可以看出,截留分子童由如。助左右变为,10口00.】户一-一一~--一洲一尸~—一孙65L’\助甲基“PS\二100()0分子量1000加含匆绝《m钩l价邃Z季按化前后膜截留分子量对比Fig.7Comparat王onofMWCObetweenCMFSUFmembraneandrelevantQMPSUFmembrane图8Fig.8betweCn季按化前后膜接触角的对比ComParationofeontact叨g!esCMPSUFmembraneand托le做ntQMPSUFmembrane6.奇接触角是膜亲水性最直观的反映,季胺弊尸/;甲毓论~~、_、当含氯量由小变大时,氯甲基化聚积超滤膜和季按化聚枫超滤膜的接触角均变小.结果见图8.如图8所示,由于含氯量越大,对于氯甲基化聚讽超滤膜,其亲水性越强,接触角越小.经季按化后,季钱化程度也相应越高,亲水性越强,接甘、广俞认一一献`、ù昙ùù产洲曰à.q一U4`一已辱~六l诊.0.6让8{含氮量(m阅/g少图3季按化前后膜电位的对比Fig导ComrarationofeleetriPotentialbetweenCMSPUFm,mbraneandrelevantQMPSUFmembrane触角也越小,同时因为按离子的引入,增强了膜的亲水性,使得季馁化聚现超滤膜的接触角比相应的氯甲基化聚枫超滤膜的小.6.5尽值是膜的荷电性及荷电密度的反映,它是荷电膜性能的重要参数.膜荷正电,尽值为正,膜荷负电,分值为负.,荷电密度越高,尽值的绝对值趁大.如图9所示,氯甲基化聚矾超滤膜的分值6期张保成等:荷电超滤膜的研究n.季胺化聚砚超滤膜的研究为负,季按化聚枫超滤膜的冷值为正,并且随含抓量的升高,它们的绝对值增大.季按化聚砚超滤膜的口值和氛甲基化聚枫超滤膜的尽值的差也不断增大.结论1.将抓甲基化聚枫超滤膜直接放于三甲胺水溶液中浸泡一定时间,即可制得水通t较高的季按化聚矾超滤膜.三甲胺水溶液的浓度及季按化反应时间对季按化程度,从而对膜的性能均有一定影响.2.氛甲基化聚砚超毖膜经季按化后,膜的水通盆减小,截留率增大,截留分子t变小,接触角变小,膜电压渗系数由负变正,即膜由荷负电变为荷正电.STUDYONTHECHARGEDUFMEMBRANE1.STUDYONQUATERNIZEDPOLYSULFONEUFMEMBRANEZh`,9Baoehe,9Ha,Sh艺j艺,g(ReseareheCnterofrE~EnviornmentalAcademyofs`ienees,Beijing,Seienees,Cbinese100085)Quaternizedpol3rsulfone(QMpS)UFmembranecouldbemadethourghdippingChloormethylatedvOlysulfone(CMpS)intosolution01trimehtla-mine.Inthispaper,effeestofquaternizedreaetioneonditionontheporpe卜tiesofquaternizedpolysulfoneUFmembraneweresutdThehydorphilieandeleetrieProPertiesaswellasied.htemorph01ogicalst化eturesofQMPSandCMPSUFmembraneswereeontrastedalso.Keywords:ultrafiltration,membrane,ehloromethylatedpolysulfone,quaternizedPolysulfone.