超滤膜
超滤与反渗透有何区别
超滤与反渗透有何区别？
超滤（UF）是利用一种压力活
性膜，除去水中的胶体、颗粒和分
子量高的物质。
与反渗透一样，受
压溶液是在压力下通过膜（图
3-4-15），膜的设计可使一定大小
的分子被除去。
超滤膜的孔结构与反渗透膜不同之处在于：它可使盐和其他电解质通过，而胶体与相对分子质量大的物质通不过（图3-4-16）。
由于胶体物质和分子量大的物质的渗透压力低，所以，超滤所需的压力比反渗透低，在一般情况下所用压力为0.07～0.7MPa，最高不超过1.05MPa。
超滤的压力虽低，所用的膜却比较厚实。
以中空纤维膜为例，反渗透用的膜不能反洗，而超滤用的膜则可以通过反洗来有效地清洗膜面，以保持其高流速。
其次，超滤与反渗透膜组件特性上也有区别，表现在膜材质、运行参数等有所不同，主要特性比较如下表：
超滤膜是由纤维素或非纤维素的聚合
物注塑于多孔的支撑材料上所构成，孔径大小约0.002～0.02μm。
膜组件主要型式为中空纤维式和螺旋卷式，也有采用管式的。
中空纤维式超滤装置的运行示图如图
3-4-17所示。
超滤工作原理
超滤工作原理超滤是一种常用的分离和过滤技术，它通过使用超滤膜将溶液中的溶质和悬浮物分离出来。
超滤膜是一种具有特定孔径大小的微孔膜，可以选择性地阻挠溶质和悬浮物通过，而允许溶剂和一些小份子通过。
超滤工作原理如下：1. 超滤膜的选择：根据需要分离的物质的份子大小，选择合适的超滤膜。
超滤膜的孔径通常在0.001微米到0.1微米之间。
2. 溶液进入超滤系统：将待处理的溶液通过进料管道引入超滤系统中。
溶液中的溶质和悬浮物会随着溶剂一起进入超滤系统。
3. 超滤膜的作用：溶剂和小份子可以通过超滤膜的微孔，而较大的溶质和悬浮物则被滞留在超滤膜表面形成浓缩液。
超滤膜的微孔大小决定了能通过的份子大小范围。
4. 分离液的采集：通过调节超滤系统的操作参数，如压力、温度和流速等，可以控制超滤膜上的浓缩液的浓度和产量。
浓缩液中的溶质和悬浮物可以通过排出管道进行采集和处理。
5. 清洗和维护：超滤膜在使用过程中会逐渐被溶质和悬浮物阻塞，降低分离效果。
因此，定期对超滤膜进行清洗和维护是必要的，以保持其正常的工作效率。
超滤工作原理的优势和应用：1. 分离效果好：超滤膜具有较高的分离效率，可以有效地分离溶质和悬浮物，得到高纯度的产物。
2. 操作简便：超滤系统的操作相对简单，只需调节一些操作参数即可实现分离和采集。
3. 可逆性：超滤过程是可逆的，可以通过逆向操作将溶质和悬浮物从超滤膜上洗脱下来，延长超滤膜的使用寿命。
4. 应用广泛：超滤技术在许多领域有着广泛的应用，如食品和饮料工业、制药工业、环境保护等。
例如，在食品工业中，超滤可以用于乳制品的浓缩和蛋白质的分离。
总结：超滤是一种常用的分离和过滤技术，通过使用超滤膜将溶质和悬浮物与溶剂分离。
超滤膜具有特定的孔径大小，可以选择性地阻挠较大的溶质和悬浮物通过，而允许溶剂和小份子通过。
超滤工作原理简单易懂，操作方便，具有广泛的应用领域。
通过了解超滤工作原理，我们可以更好地理解超滤技术的应用和优势，为相关行业的工艺改进和产品提纯提供参考。
PVDF超滤膜的选型标准包括哪几个方面
PVDF超滤膜的选型标准包括哪几个方面引言PVDF超滤膜被广泛应用于膜分别、水处理、生物医药等领域，其应用效果受选型标准的影响。
本文将介绍PVDF超滤膜的选型标准，包括膜孔径、膜阻力、过滤通量、化学稳定性、机械强度等方面，以便读者更好地选择适合本身应用场景的PVDF超滤膜。
膜孔径PVDF超滤膜的孔径大小决议着其分别效果和通量。
通常来说，超滤膜的孔径分为微滤、超滤、纳滤、逆渗透等几个级别。
PVDF超滤膜多应用于超滤级别，孔径一般在0.05um至0.1um之间，这个范围的孔径对绝大多数物质的分别和净化都具有很好的效果。
但不同的应用场景对孔径的选择也有所不同。
例如，对于生物医药领域的蛋白质分别应用，通常需要选择较小的孔径。
膜阻力膜阻力是指孔径对于渗透物质的阻拦本领。
在实际应用中，膜阻力是影响超滤膜应用效果的紧要因素之一、PVDF超滤膜的膜阻力紧要受孔径和膜厚的影响。
孔径越小、膜厚越大，则膜阻力越大，这也意味着超滤膜通量较低，对于需要较高通量的应用不太适用。
因此，在选型时需要依据实在应用场景综合考虑膜孔径和膜阻力两个因素。
过滤通量过滤通量是指在单位时间内，单位面积的膜通量。
通常情况下，越高的通量能够提高生产效率，降低成本，但过高的通量可能会导致膜的简单分裂、膜通量下降等问题。
因此，在选择PVDF超滤膜时，要考虑应用场景和实际需要，以确定最适合的通量。
化学稳定性PVDF材质具有良好的化学稳定性，较硬的PVDF材质对于水处理等应用有很好的耐用性。
但是，化学稳定性也与环境和操作条件有关，例如，在酸性或碱性溶液中，PVDF超滤膜的化学稳定性可能会降低，导致膜的磨损和寿命缩短。
机械强度PVDF超滤膜需要在压力下工作，因此要求具有良好的机械强度和耐用性。
为此，PVDF超滤膜应具备抗拉伸、耐磨损、抗冲击、耐高压和抗辐射等性能，以确保膜的稳定性和使用寿命。
结论PVDF超滤膜的选型标准包括多个方面，实在应依据不同的应用场景和实际要求，综合考虑膜孔径、膜阻力、过滤通量、化学稳定性和机械强度等因素，选择最适合的PVDF超滤膜。
海洋超滤膜工作原理
海洋超滤膜工作原理
海洋超滤膜是一种利用超滤技术对海水进行处理的装置。
其工作原理如下：
1. 过滤层：海洋超滤膜的核心部分是一层由聚合物材料制成的过滤膜。
这种薄膜具有微孔结构，可以阻止溶质、悬浮物和微生物等大分子物质通过，只允许水分子和小分子物质通过。
2. 压力驱动：海洋超滤膜系统通常采用压力驱动方式。
通过施加足够的压力，海水被迫通过超滤膜的微孔，从而实现分离和濃縮的目的。
3. 分离过程：在海水通过超滤膜的过程中，大分子物质如盐、有机物、颗粒物和微生物等被拦截在膜表面或膜内，形成浓缩物。
而水分子和小分子物质则能够通过微孔，形成滤液。
4. 收集和排放：超滤过程中的滤液通过过滤膜上的微孔，进入集液管道，最终收集起来。
而浓缩物则由膜表面或膜内收集，然后经过排污管道排放。
总结起来，海洋超滤膜工作原理是利用压力驱动海水通过过滤膜的微孔，将水分子和小分子物质通过，拦截大分子物质，实现对海水的分离和濃縮。
这种技术常用于海水淡化和海洋生物学研究等领域。
浸没式超滤膜工艺
浸没式超滤膜工艺
浸没式超滤膜工艺是一种常用于水处理、废水处理和其他液态分离过程中的技术。
它通过在膜表面形成物理屏障，可以有效地去除微小的悬浮物、细菌、病毒和有机物质，从而得到清澈透明的水。
在浸没式超滤膜工艺中，膜被完全浸泡在待处理的水中，水通过膜孔进入膜内，而杂质被截留在膜表面。
与传统的过滤方法相比，浸没式超滤膜工艺具有更高的处理效率和更好的过滤效果。
其工艺流程简单，操作方便，适用于各种规模的水处理系统。
浸没式超滤膜工艺的关键是超滤膜的选择和设计。
超滤膜通常由聚合物材料制成，具有微孔大小的孔隙结构，可以选择不同孔径的膜来适应不同的处理需求。
此外，膜的表面处理也影响着过滤效果，常见的表面处理包括亲水性处理和抗污染处理。
在实际应用中，浸没式超滤膜工艺可以应用于饮用水处理、工业废水处理、海水淡化等领域。
在饮用水处理中，浸没式超滤膜可以有效去除水中的有害物质，确保水质符合卫生标准。
在工业废水处理中，浸没式超滤膜可以实现水的回收再利用，减少污染物的排放。
在海水淡化领域，浸没式超滤膜可以实现高效的淡化过程，提供可靠的淡水资源。
总的来说，浸没式超滤膜工艺作为一种高效、可靠的水处理技术，已经被广泛应用于各个领域。
随着技术的不断进步和创新，相信浸
没式超滤膜工艺将在未来发挥更加重要的作用，为人类提供清洁的水资源，促进可持续发展。
超滤的原理
超滤的原理
超滤是一种常见的膜分离技术，利用超滤膜对溶液进行分离和浓缩。
超滤膜是一种孔隙结构均匀的多孔性薄膜，其孔径一般在0.001微米至0.1微米之间。
超滤的原理主要是利用膜的孔隙大小和分子的大小选择性地分离不同大小的溶质，从而实现溶质的分离和浓缩。
超滤的原理可以简单地理解为通过膜的孔隙将溶质和溶剂分离。
当溶液通过超滤膜时，溶质分子的大小大于膜孔的大小，因此无法通过膜孔，而溶剂分子则可以通过膜孔。
因此，溶质和溶剂就被有效地分离开来。
超滤的原理还涉及到溶质在膜上的截留和透过。
溶质在超滤膜上的截留是指溶质分子无法通过膜孔而被截留在膜表面，而溶剂分子可以通过膜孔。
透过则是指溶质和溶剂分子通过膜孔的过程。
通过这种截留和透过的作用，超滤膜可以实现对不同大小溶质的选择性分离和浓缩。
超滤的原理还涉及到膜的操作压力。
在超滤过程中，通过对溶液施加一定的压力，可以促使溶剂分子通过膜孔，从而实现对溶质的分离和浓缩。
操作压力的大小会影响溶质和溶剂的透过速率，从而影响超滤的效果。
总的来说，超滤的原理是利用超滤膜的孔隙结构和操作压力，实现对溶质和溶剂的分离和浓缩。
通过对溶液施加一定的压力，溶质被截留在膜表面，而溶剂则通过膜孔，从而实现了对溶质的分离。
超滤技术在生物制药、食品加工、环境保护等领域有着广泛的应用，可以高效地实现对溶质的分离和浓缩，具有重要的科学研究和工程应用价值。
浸没式超滤膜工作原理
浸没式超滤膜工作原理
浸没式超滤膜工作原理是通过将水或其他液体通过具有极小孔径的半透膜，使溶质（如细菌、病毒、微粒等）被留在膜表面而过滤液通过膜孔通过的一种膜分离技术。
具体工作原理如下：
1. 液体通过超滤膜时，由于膜孔尺寸比溶质小很多，溶质被截留在膜表面，而过滤液通过膜孔进入膜内。
2. 膜表面的溶质截留形成一层浓缩物或胶体层，阻止了更多的溶质进入膜孔，起到了初次截留效果。
3. 过滤液通过膜孔进入膜内，形成一个过滤液部分和截留层之间的微小空间。
4. 过滤液在压力的作用下逐渐通过膜孔进入膜内的空间，形成产品液。
5. 截留层上的溶质和浓缩物则被浓缩在膜表面，经过一段时间后，膜表面的浓缩物会形成一层膜污染层，导致过滤性能下降。
6. 为了防止膜的堵塞和延长膜寿命，需要定期进行膜的清洗和维护。
总的来说，浸没式超滤膜的工作原理是通过在膜表面形成一个截留层，使溶质被截留在膜表面，而过滤液通过膜孔进入膜内，以实现物质的分离和纯化。
聚砜超滤膜
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ห้องสมุดไป่ตู้
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)
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
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 ～ 400 nm) 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。
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polymerization (RATRP), and then incorporated into polyethersulfone (PES) matrix to fabricate
hybrid membranes via phase inversion for endowing membranes with antifouling property. The
raw HNTs and modified HNTs were characterized by FT-IR,TG and TEM. The results showed
25 that HNTs-MPC was successfully synthesized, and the grafted amount of MPC was 0.052 g
2 结果与讨论
2.1 HNTs-MPC 的表征结果
为了确定接枝是否成功，本实验对原 HNTs、接枝引发剂 3-氯丙基三乙氧基硅烷(CPS) 的 HNTs 以及接枝 MPC 的 HNTs 进行了红外光谱分析，观察接枝前后埃洛石纳米管上官能 100 团的变化，结果如图 2 所示。
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g 置于 250 mL 三口烧瓶中，加入 6.5 g 的 MPC 单体，0.06724 g 除水的 CuCl2，0.1562 g 的 2,2-联吡啶以及 40 mL无水乙醇，抽真空充氮气(反复三次)，在油浴温度为 30 oC 下搅拌 10 min
30 membranes were superior to bare PES membranes.
Key words: HNTs; PES UF membrane; MPC; antifouling property
0 引言
聚醚砜(PES)超滤膜由于耐腐蚀、耐碱，并具有良好的耐热老化性能和机械性能，已被 35 广泛应用于水处理、食品工艺以及生物领域[1-5]。但是由于 PES 本身具有强烈的疏水性，导
个新的吸收峰，分别为来自 CPS 分子中的 CH2 的对称与不对称伸缩振动峰，表明 CPS 成功 地接枝在 HNTs 表面；和接枝 CPS 的 HNTs 相比，接枝 MPC 的 HNTs 在 1713 cm-1 处新增 的吸收峰是 C=O 伸缩振动吸收峰；在 1038 cm-1 处的吸收峰是由 P-O-C 在 1041 cm-1 处的伸 缩振动吸收峰与原 HNTs 在 1030 cm-1 处的吸收峰叠加所造成的。由于增加了羰基以及 P-O-C 110 键说明 MPC 成功地接枝在 HNTs 表面。
图 2 (a)原 HNTs, (b)接枝引发剂的 HNTs 以及(c)接枝 MPC 的 HNTs 的红外谱图 Fig. 2 FTIR spectra of (a) HNTs, (b) HNTs-CPS and (c) HNTs-MPC
上图中，（a）、（b）、（c）分别为原 HNTs、接枝 CPS 的 HNTs 以及接枝 MPC 的 105 HNTs 的红外谱图。分析谱图可知:接枝 CPS 的 HNTs 在 2928 cm-1 和 2858 cm-1 处增加了两
(MPC)/g. The hybrid membranes were shown to be more hydrophilic, which corresponded to a
higher pure water flux. The skin layer of hybrid membrane became slightly thinner than bare
Fig. 1 Reaction principle of preparing HNTs-MPC nanoparticles 具体实验步骤如下：取 6 g 干燥后的 HNTs，9 g 的 CPS 以及 1 mL 的三乙胺加到 100 mL 的甲苯中分散均匀，将混合液移入三口烧瓶中搅拌，在 120 oC 下冷凝回流 48 h，反应结束 65 后将沉淀物离心分离，用异丙醇洗涤 4～5 次，得到产物在 60 oC 下真空干燥；称取产物 1.5
并且随着 HNTs-MPC 含量的增加其皮层更薄。动态超滤实验表明杂化膜具有较高的通量恢
复性能以及抗蛋白质污染性能。
关键词：埃洛石纳米管；聚醚砜膜; 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱; 抗污染性能
中图分类号：TQ 028.8
文献标识码：A
15
Preparation and antifouling property of polyethersulfone ultrafiltration hybrid membrane by blending with halloysite
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HNTs-MPC/PES 杂化超滤膜制备及其性能 研究#
朱军勇，张亚涛**
5
（郑州大学化工与能源学院，郑州 450001）
摘要：通过反向原子转移自由基聚合(RATRP)的方法在埃洛石纳米管(HNTs)表面接枝 2-甲
基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)制备纳米复合材料（HNTs-MPC），并将其与聚醚砜（PES）
又开发了用传统的自由基引发剂和高价态过渡金属卤化物引发的反向原子转移自由基聚合 (RATRP)[20]。本文基于 HNTs 的结构特点，采用 RATRP 的方法将 MPC 接枝到其表面，将
得到的 HNTs-MPC 作为添加剂与 PES 共混，采用相转化法制得杂化超滤膜，并对杂化超滤
50 膜进行一系列表征。
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磷脂酰胆碱(PC)是磷脂中重要一类，PC 基团在水环境中呈电中性、具有强的亲水性、
含氢键受体、无氢键给体，能够提供蛋白质吸附的惰性表面。具有 PC 基团的丙烯污染超滤膜方面受到了广泛的关注。埃洛石纳米管(HNTs)
共混制备 PES 杂化超滤膜以期提高膜的抗污染性能。通过 FT-IR、TG、TEM 对改性前后的
HNTs 进行了分析表征，结果证明了 MPC 成功接枝在 HNTs 表面，接枝量为 0.052 g (MPC)/g
10 (HNTs)。实验结果表明：与 PES 空白膜相比，改性后的杂化膜纯水通量更大，亲水性更强，
后，将重结晶的偶氮二异丁腈(AIBN)溶液滴入三口烧瓶中，继续反应 6 h，得到沉淀物离心 分离，甲醇洗一次后水洗三次，将得到的产物置于 60 oC 下真空干燥。
70 1.2 HNTs-MPC/PES 杂化超滤膜的制备
将聚醚砜(PES)在 80 oC 下真空干燥 24 h，将 9 g PES 及 4 g PVP 溶于 35.6 g N,N-二甲基 乙酰胺(DMAc)中，滴加 0.4 g 丙酮，分别添加不同含量的 HNTs-MPC (0%、1%、2%、3%) ， 并在电磁搅拌器上搅拌 12 h 以上，制成均匀的铸膜液；用纱布过滤铸膜液去除不溶解杂质， 真空脱泡后静置 24 h，用刮刀将铸膜液在平整的玻璃板上刮成 0.3 mm 厚的初生态膜，并迅 75 速将玻璃板置于 30 oC 去离子水中凝胶成膜。
membrane with increasing the content of HNTs-MPC composites. Protein ultrafiltration
experiment also indicated that the antifouling ability and flux recovery performance of the hybrid
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20114101120001）；国家自然科学基金（21106137） 作者简介：朱军勇（1991-），男，硕士研究生，主要从事膜分离技术相关研究 通信联系人：张亚涛（1980-），男，教授，主要从事抗菌超滤膜及气体分离膜等相关研究. E-mail: zhangyatao@
具有纳米中空管状结构，两端开口且无卷曲破裂或套管现象，管壁具有大量羟基，易于有机 改性[14,15]。同时 HNTs 的加入能改善膜的亲水性，进而提高膜的抗污染性能[16,17]。
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常规的原子转移自由基聚合(ATRP)方法存在缺陷，如引发剂卤化物 RX 有毒，不易处
理获得，并且催化剂中的过渡金属离子对氧气和水敏感，不易保存和操作[18,19]。所以研究者
过时间，h。截留率采用下式表示：
R Cf Cp 100%
（2）
Cf
R
1
Cp
Cf
100
%
其中 R 为膜的截留率，%；Cf 和 Cp 分别表示 PEG20000 溶液的进料液与透过液浓度，
85 用紫外分光光度计测量。
1.4 分析与表征
采用美国的 Thermo Nicolet IR200 型红外光谱仪（FT-IR）对改性前后的纳米管组成结 构进行表征分析；采用热重分析仪(TG-DTA、DT-40)对改性前后 HNTs 作热重分析，并计算 MPC 的接枝量；膜的分离性能用国家海洋局杭州水处理中心的 MPY-Ⅱ型膜性能评价仪测 90 试，透过液速率在 0.1 MPa 下测得；其中用来测试截留率的 PEG 浓度由日本津岛的 UV-2450 型紫外分光光度计测定；在温度为 25 oC、相对湿度为 50%的条件下，由 Dataphysics 公司的 OCA20 型接触角测定仪测得膜的接触角；用 TEM（荷兰 Philips-FEI 公司，Tecnai G2 F30 S-Twin）对改性前后的 HNTs 形貌结构的变化进行表征分析；利用 SEM(JSM-6700F)对膜的 断面形貌进行了表征；最后通过蛋白质动态超滤实验，对改性后的杂化超滤膜的抗污染性能 95 进行了测试。
1.3 膜分离性能的表征
用膜性能评价仪测定超滤膜的水通量 J 及其对 PEG20000 的截留率 R。膜的有效面积为 22.22 cm2，通过测定去离子水（或者浓度为 500 mg/L 的 PEG20000 溶液）在操作压力为 0.1