分离膜的改性方法汇总

高分子分离膜的改性方法

张爱娟（04300036）

[摘要]：随着膜技术的发展，人们对膜材料的性能不断提出新的要求，其中改善膜的亲水

性，提高膜的抗污染能力已成为有待解决的迫切问题。由于单一的膜材料很难同时具有良好的亲水性、成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物性侵蚀、耐氧化性和较好的机械强度等优点，因此采用膜材料改性或膜表面改性的方法来提高膜的性能，是解决这一问题的关键。其中，化学改性可以通过膜材料和膜表面的化学改性来实现；而物理改性则主要是通过材料共混改性和表面涂覆或表面吸附来实现。

[关键词]：膜；改性；物理改性；化学改性

一引言

膜分离技术具有设备简单,操作方便，无相变，无化学变化，处理效率高和节能等优点，作为一种单元操作日益受到重视，已在海水淡化、电子工业、食品工业、医药工业、环境保护和工程的领域得到广泛的应用。然而，随着膜技术的发展，人们对膜材料的性能不断提出新的要求，其中改善膜的亲水性，提高膜的抗污染能力已成为有待解决的迫切问题。目前使用的大多数膜的材料是聚丙烯（PP）。聚乙烯，聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚砜、聚醚讽和聚氯乙烯等。当这些膜与欲分离的物质相接触时，在膜表面和孔内的污染物聚集，使得膜通量随运行时间的延长而下将，特别时当聚合物膜材料用于生物医药领域中（如血液透析）时，在膜便面吸附的蛋白质加速纤维性和抗生素碎片在膜表面的聚集，导致一系列的生物反应，例如形成血栓及免疫反应。即使当蛋白质对分离膜的影响可以忽略，膜基体材料的亲水性、荷电性及荷电密度等性质对蛋白质的吸附都会产生重要的影响。因此，为了拓展分离膜的应用，通常需要对膜材料进行改性或改变膜表面的物理化学性能，赋予传统分离膜更多功能，增大膜的透水性，提高膜的抗污染性，改善膜的生物相容性。对膜材料的改性的方法有物理改性，化学改性和表面生物改性。

二物理改性

2．1 表面物理改性

1】

2．1．1 表面涂覆改性【

以分离膜为支撑层，将表面活性剂涂覆在支撑层表面而达到改性的目的，表面活性剂可以是有机物或无机物。但膜表面涂覆方法的改性效果并不十分理想，存在的最大问题是活性剂易从高分子表面脱离，不能得到永久的改性效果。但这种方法显示了制备一系列具有不同截留率分离膜的可能性。

2．1．2 表面吸附改性【2】

表面活性剂是由至少两种以上极性或亲媒性显著不同的官能团，如亲水基和疏水基所构成。由于官能团的作用，在溶液与它相接的界面上形成选择性定向吸附，使界面的状态或性质发生显著变化。表面活性剂在膜表面的吸附使膜表面形成一层亲水层，其带电特性又形成了对蛋白吸附的阻挡作用。从而在增大膜的初始通量的同时又能降低使用过程中通量衰减和蛋白

质的吸附。韩式荆等[3]研究了多种表面活性剂对超滤膜分离性能的影响，认为表面活性剂的表面张力及其临界胶束浓度 (CMC) 值是影响膜分离性能的主要因素。李伟等[4]将非离子表面活性剂作为第二添加剂加入聚砜超滤膜中，结果发现，它能明显改变成膜时的凝胶速度，因而改变所成膜的结构和性能，由此制得孔径均匀，分离性能优良的聚砜超滤膜。同时由于表面活性剂在膜表面形成厚的致密亲水层而使水通量得到改善，这对低孔系率的超滤膜是很重要的。

2．2 膜材料的物理改性

2．2．1 高分子材料与高分子材料的的共混改性高分子材料的共混是指两种以上高分子混合，形成一种新材料，它除了综合原有材料本身性

能外，还可克服原有材料中的各自缺陷，并产生原有材料中所没有的优异性能。而聚合物间的相容性[5]直接影响着高分子共混膜的相分离孔的形成与结构，通过调节聚合物合金的相容性可以调节相分离孔的形成和结构，从而改变合金膜的表层结构和断面结构，达到提高膜的分离性能和渗透性能的目的。高分子共混改性膜主要从以下3 个方面改善膜的性能：1、改善膜的亲水性能及聚合物的成膜性；2、改善膜的耐污染性；3、提高膜的物化稳定性 (提高膜的耐蚀性、耐热性和机械强度)。

［9］ 共混组分性质、合金比例、分子结构对膜的亲水性及其性能都有很大的影响。以憎水性

的PVC 为例,在一定的比例条件下,所选用共混组分的亲水性越强,膜的亲水性越好,膜的通量越大(见表1) 。 表1 P2 (第二聚合物) 对PVC/ P2 合金膜的亲水性及膜性能的影响

膜材料

接触角/θ0 纯水通量/ L ·m - 2·h - 1 PVC

66 61

PVC/ PMMA

62 770

PVC/ VC 2co 2Vac

57 482

PVC/ VC -co -VAc -co -MIL 54 603

[9]对于憎水性膜材料,混入含亲水基团的组分,亲水组分的含量对膜的亲水性及膜性能影响

很大,随亲水组分的含量增加,膜的亲水性增强,水通量增大。SPSF 是PSF 经磺化处理而生成的亲水性材料,这种材料与PSF 共混,材料性质相似,相容性好,对膜结构的影响也小。但由于增强了膜的亲水性,膜的渗透性提高,随膜中SPSF 含量的增加,水通量增大(见表2) 。相反,在 CDA/ CTA 组成的合金脱盐膜中 ,憎水性CTA 含量的增加导致膜的透水率下降,脱盐率上升。 表2 PSF/ SPSF 合金组分的比例对膜性能的影响 ----------------------------------------------------------------------- 材料比例 水通量/ L ·m - 2·h - 1 截留率

----------------------------------------------------------------------------

70∶30 8～14

79.9 65∶35 12～22

79.9 60∶40

6～28 79.7

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