聚醚砜中空纤维膜制备及其性能调控文献综述

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1、文献综述聚醚砜中空纤维膜制备及其性能调控一、前言部分如今，对生态的保护和环境的治理工作日益严峻，尤其是淡水水系的污染问题突显，部分地区人们的饮水严重困难，一些曾经淡水资源充沛的地区也因为河流、湖泊、地下水被污染而出现缺水。人们不禁要问，为何水汽循环往复，源源不断，还为什么会出现缺水。那是因为很多水源未经处理不能直接作为生活用水使用。而在水处理领域，膜分离的应用十分广泛，膜分离是借助膜的选择透过作用，对混合物溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，膜分离可比传统的方法耗能低、过程简单、经济性好而且效率高。[1]中空纤维膜是

2、目前为止效率最高的分离膜的形式，具有充填密度高，比表面积大，自支撑作用强，可进行高压操作的特点，因此广泛用于污水处理、饮用水净化、海水淡化处理等诸多领域。中空纤维膜也有一些自身缺陷，如内部多孔结构在增加其通量的同时也降低了纤维的力学性能，膜清洗难度高等。选择合适的制膜材料是成功制备中空纤维膜的首要前提，从近几年国内外发表的科技文献来看，聚砜类材料如聚醚砜和改性聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚丙烯，壳聚糖等成为了主要选择，改性方法主要有共混、共聚和接枝。周媛等[2]将聚氨酯弹性体作为制备PVDF中空纤维膜的共混添加剂，使其具有良好的抗酸

3、碱性能和抗污染性能。Tai-Shung等[3]使用硅脂作为密封层，聚4-乙烯基吡啶作为选择性层，聚醚砜作为支持材料，进行共混制备用于气体分离的中空纤维膜，研究了层与中空纤维膜性能之间的联系，发现选择性层对纤维性能的影响最为显著。肖通虎[4]等制了壳聚糖中空纤维膜，研究采用乙醇和正己烷液—液交换干燥，有效地避免了膜结构的完全致密化，壳聚糖中空纤维膜膜应用于渗透汽化分离碳酸二甲酯/甲醇混合物，可突破恒沸组成的限制，而且渗透通量较大。聚醚砜树脂（PES）是一种综合性能优异的热塑性高分子材料，是目前得到应用的为数不多的特种工程塑料之

4、一。它具有优良的耐热性能，热变型温度在200~220℃，可耐150~160℃热水或蒸气，在高温下也不受酸、碱的侵蚀。它的基模量在-100℃~200℃几乎不变，特别在100℃以上比任何一种热塑性树脂都好，在180℃以下的温度范围内其抗蠕变性是热塑性树脂当中最优异的一种。具有自熄性，不添加任何阻燃剂即有优异的难燃性。1.2中空纤维膜制备方法1.2.1溶液相转化法溶液相转化法又称为浸没沉淀相转化法。它是使聚合物溶液在一定温度下从特制的喷丝头挤出，然后初生态的纤维进入凝固浴中与非溶剂进行交换，使之固化成膜。浸没沉淀相转化法一般分为湿

5、法和干/湿法，湿法是指形成初生态纤维之后，直接浸入凝固浴，通过溶剂与凝固浴中非溶剂的相互交换，使溶剂与聚合物相分离，形成终态纤维；干/湿法是初生态纤维膜浸入凝固浴之前有一个溶剂蒸发的过程，之后将纤维浸入凝固浴使溶剂与非溶剂进行交换，最后达到相分离。聚醚砜中空纤维膜的制备大多采用浸入沉淀相转化法。中空纤维膜的具体结构形态由制膜过程的动力学因素所决定。当制膜液浸入凝固浴之后，膜内的溶剂和凝同浴的非溶剂相互扩散。[9]随着双扩散的进行，体系将发生热力学液液分相。根据分相的快慢，存在两种不同形式的分相行为，即瞬时液一液分相和延迟液一

6、液分相。上述两种不同的分相行为原则上将形成两种不同的结构形态。前者将形成相对疏松的底层(大孔或指状孔)而后者会形成相对致密的底层结构(海绵状)。膜的表层结构和底层结构共同决定了膜的渗透性能，分离性能和机械性能等。[5]1.2.2熔融纺丝法将高聚物加热熔化，加压使聚合物熔融挤出冷却成形。此法制得的是均质膜，透水量小，但经熔融纺丝拉伸后可制成微孔滤膜。如将聚丙烯聚合物加热至熔融挤出，计量熔纺成初生态中空丝，然后再将丝在熔点以下l0~l5°C冷却成形，接着冷热连续拉伸50%~60%，最后在低于其熔点的温度下热定形即得聚丙烯中空纤维

7、微孔滤膜。熔融纺丝—拉伸法是指将聚合物在高应力下熔融挤出，在后拉伸过程中，使聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，然后通过热定型工艺使孔结构得以固定。通常这种纺丝制膜方法主要与聚合物材料的硬弹性有关。因此，与溶液纺丝法赋予聚合物膜双扩散的指状孔结构不同，熔融纺丝—拉伸法所制备的聚合物分离膜主要含有结构孔，即片晶之间的非晶区发生应力集中形成微孔结构。聚丙烯是常用的MSCS法制备微滤膜材料之一，但所用聚丙烯一般多为硬弹性的全同聚丙烯，在全同聚丙烯中混入一定量的无规聚丙烯后，不仅能得到硬弹性材料，还可有效降低大

8、分子链的缠结程度及平行片晶之间的束缚，有利于得到更为均匀的微孔结构。[6]1.3中空纤维膜纺丝的原理中空纤维膜在中空纤维纺丝机上纺制，纺丝流程图示如下：图2-1中空纤维膜纺丝机示意图纺丝机调控参数为氮气气压、溶解罐温度、芯液泵速率、计量泵速率、绕丝机速率、纺丝头内径、纺丝头外径、空气浴长度