CN112755821A - 具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 - Google Patents
具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112755821A CN112755821A CN202011478562.9A CN202011478562A CN112755821A CN 112755821 A CN112755821 A CN 112755821A CN 202011478562 A CN202011478562 A CN 202011478562A CN 112755821 A CN112755821 A CN 112755821A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pmia
- ultrafiltration membrane
- mixed matrix
- membrane
- high flux
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 229920000889 poly(m-phenylene isophthalamide) Polymers 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 65
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 29
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- -1 polyisophthaloyl Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 10
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical group [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 17
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 14
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 5
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical group CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 34
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 17
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 13
- MHABMANUFPZXEB-UHFFFAOYSA-N O-demethyl-aloesaponarin I Natural products O=C1C2=CC=CC(O)=C2C(=O)C2=C1C=C(O)C(C(O)=O)=C2C MHABMANUFPZXEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 9
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000004941 mixed matrix membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000000614 phase inversion technique Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N schardinger α-dextrin Chemical compound O1C(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(O)C2O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC2C(O)C(O)C1OC2CO HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/145—Ultrafiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/36—Hydrophilic membranes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜及制备与应用,所述超滤膜包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯。制备方法具体包括以下步骤:(a)取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,后静置脱泡,得到铸膜液;(b)将步骤(a)得到的铸膜液刮涂于基板上,后置于水中进行分相,再经后处理即得到所述的PMIA混合基质超滤膜。与现有技术相比,本发明通过加入高效的纳米材料氧化石墨烯提升膜的亲水性和抗污染能力,从而提升膜的循环使用率。
Description
技术领域
本发明属于膜制备技术领域,具体涉及一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜及制备与应用。
背景技术
作为21世纪高新技术之一的膜分离技术,与传统的分离技术相比,具有绿色、高效、节能和操作方便等优点,已广泛应用于石油、化工、食品、医药、生物、环保、能源、水处理等领域。采用将纳米材料分散在聚合物基质中的膜改性方法可得到混合基质纳米复合超滤膜,近年来,这种混合基质纳米复合超滤膜的使用受到了很多关注,特别是作为结合纳米材料和聚合物膜结合的新技术。通过将纳米材料掺入聚合物中,不仅可以调节膜的结构和物化性质,例如亲水性、电荷密度、孔隙率、热稳定性和机械稳定性等,还可以将纳米材料独特的功能(例如抗菌和光催化特性等)引入膜中。除此之外,纳米颗粒与聚合物之间的强界面相互作用也可以改善聚合物的物理特性。
如何提升膜的通量和抗污染能力是膜材料改性的主要问题之一,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)由于其含有大量的亲水性官能团,可使膜表面的亲水性提高,进而增强膜的抗污染性能,成为膜材料改性领域的研究热点。CN104826505A公开了通过将氧化石墨烯和聚砜、聚醚砜等膜材料加入溶剂共混得到铸膜液,可以获得具有多孔结构的纳米氧化石墨烯改性膜产品,提高了膜通量和抗污染性。CN107158960A公开了通过在PVDF超滤膜上均匀的沉积一层由石墨烯与环糊精复合组装而成的复合纳滤膜,提高了其抗污染能力。CN106110908A公开了通过氧化石墨烯与磺化聚醚醚酮协调作用来改性PMIA纳滤膜,得到高通量和高抗污染性。目前,这几种PMIA膜材料由于自身优异的耐碱性能,被开发应用于超滤、纳滤膜中用于分离碱性环境下的物质(特别是蛋白质),但是也由于自身的抗污染性能差容易被蛋白质吸附污染,膜污染比较严重,导致膜的循环使用率低。
专利CN109651810A公开了一种聚间苯二甲酰间苯二胺导热复合材料及其制备方法,所述复合材料以聚间苯二甲酰间苯二胺为基体,以表面官能化的还原氧化石墨烯(frGO)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为导热填料。制备方法包括:将上述碳材料均匀分散于聚合物溶液中得到复合聚间苯二甲酰间苯二胺溶液,随后将溶液涂覆于基板上,溶剂挥发完全后即得。上述专利所得到的超滤膜不具备在超强碱性(pH=14)条件下稳定工作的特质,而本实验所制备的新型超滤膜应用于在碱性条件下分离蛋白质,且通量和截留不受到影响。
发明内容
本发明的目的就是提供一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜及制备与应用,通过加入高效的纳米材料氧化石墨烯大大提升膜的亲水性和抗污染能力,从而提升膜的循环使用率。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,所述超滤膜包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)和氧化石墨烯(GO)。
所述聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯的质量比为(0.05~0.2):(83.3~83.45)。
所述超滤膜膜表面的接触角为68~79°。
所述超滤膜的孔径为26~27nm。
所述超滤膜的孔隙率为64~75.43%。
所述超滤膜的厚度为50~80μm。
一种如上述所述的具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,所述制备方法具体包括以下步骤:
(a)取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,后静置脱泡,得到铸膜液;
(b)将步骤(a)得到的铸膜液刮涂于基板上,后置于水中进行分相,再经后处理即得到所述的PMIA混合基质超滤膜。
步骤(a)中,搅拌的温度为75~85℃,优选为80℃,搅拌的时间为22~26h,优选为24h,静置脱泡的温度为75~85℃,优选为80℃,静置脱泡的时间为10~14h,优选为12h。
步骤(a)中,所述聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂、有机溶剂和氧化石墨烯的质量比为(0.05~0.2):12:4.5:(83.3~83.45)。
步骤(a)中,所述助溶剂为氯化锂。
步骤(a)中,所述有机溶剂为二甲基乙酰胺。
步骤(b)中,刮涂好铸膜液的基板在空气中停留10s以延迟分相。
步骤(b)中,分相的温度为23~27℃,分相的时间为20~40s,优选为30s。
步骤(b)中,后处理具体为:将分相后的混合基质膜转移至去离子水中浸泡3~8d,除去多余助溶剂和有机溶剂。
一种如上述所述的PMIA混合基质超滤膜在抗污染中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明以氧化石墨烯为改性材料,制备了一种具有高通量和抗污染性能的聚间苯二甲酰间苯二胺超滤膜,氧化石墨烯含有丰富的羟基,羰基等亲水性的基团,并且电负性高,有较强的吸电子能力,可使膜表面的亲水性提高,进而增强膜的抗污染性能,通过控制氧化石墨烯的添加量,进行渗透性能和抗污染性能的研究得到最佳的铸膜液配比。
2、采用相转化法制备超滤膜,操作简单,成本廉价,易于工业化生产。
3、应用于碱性条件下分离蛋白质的超滤膜,拓展聚间苯二甲酰间苯二胺超滤膜的应用范围。
附图说明
图1为实施例1-4制得的PMIA混合基质超滤膜及对比例1制得的PMIA超滤膜的亲水性动态接触角的曲线图;
图2为实施例1-4制得的PMIA混合基质超滤膜及对比例1制得的PMIA超滤膜的孔隙率、通量恢复率及截留率、纯水通量比较图;
图3为实施例1-4制得的PMIA混合基质超滤膜及对比例1制得的PMIA超滤膜在不同尺寸下的SEM比较图;
图4为实施例2制得PMIA混合基质超滤膜及对比例1制得的PMIA超滤膜的耐碱测试结果以及截留率比较图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯,超滤膜的厚度为50~80μm,聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯的质量比为(0.05~0.2):(83.3~83.45)。超滤膜膜表面的接触角为68~79°,超滤膜的孔径为26~27nm,超滤膜的孔隙率为64~75.43%。
一种如上述所述的具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,所述制备方法具体包括以下步骤:
(a)取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为75~85℃,搅拌的时间为22~26h,静置脱泡的温度为75~85℃,静置脱泡的时间为10~14h,得到铸膜液;
(b)将步骤(a)得到的铸膜液刮涂于基板上,刮涂好铸膜液的基板在空气中停留10s,后置于23~27℃的水中进行分相20~40s,再将分相后的超滤膜转移至去离子水中浸泡3~8d,即得到所述的PMIA混合基质超滤膜。
一种如上述所述的PMIA混合基质超滤膜在抗污染中的应用。
本发明的技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯,采用以下步骤制备得到:
(1)按质量比GO:PMIA:LiCl:DMAC=0.05:12:4.5:83.45取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂(即LiCl)、氧化石墨烯(购买自杭州杭丹光电科技)和有机溶剂(即DMAC),并将聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为80℃,搅拌的时间为24h,静置脱泡的温度为80℃,静置脱泡的时间为12h,得到铸膜液。
(2)将步骤(1)的铸膜液在玻璃板上刮涂出厚度为80μm的膜,刮好后在空气中停留10s。
(3)将步骤(2)中带有铸膜液的玻璃板浸入25℃的去离子水中进行分相30s。
(4)将步骤(3)中分相后的膜转移到去离子水中浸泡3~8d除去多余溶剂,得到PMIA混合基质超滤膜,记为PMIA/GO-1,孔径为26~27nm,孔隙率为67%,SEM图如图3所示((a)的观测尺寸为100μm,(b)的观测尺寸为50μm,(c)的观测尺寸为10μm,且(b)是(a)中某一处的放大图,(c)为(a)中某一处的放大图,具体对应情况已在图中标出,下同)。将PMIA/GO-1常温晾干后,每组膜选取5个待测样,用JC2000D接触角测试仪采用切线法的方法测定改性膜的接触角(测试条件和方法下同),研究膜表面的亲水性能,结果如图1所示。将制备好的PMIA/GO-1放在实验室自制的通量机上,用30℃恒温去离子水测试通量,在0.1MPa压力下预压30min(测试条件和方法下同),进行通量测试,后每5min记录一组通量数据,结果如图2所示。
实施例2
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯,采用以下步骤制备得到:
(1)按质量比GO:PMIA:LiCl:DMAC=0.1:12:4.5:83.4取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂(即LiCl)、氧化石墨烯和有机溶剂(即DMAC),并将聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为80℃,搅拌的时间为24h,静置脱泡的温度为80℃,静置脱泡的时间为12h,得到铸膜液。
(2)将步骤(1)的铸膜液在玻璃板上刮涂出厚度为80μm的膜,刮好后在空气中停留10s。
(3)将步骤(2)中带有铸膜液的玻璃板浸入25℃的去离子水中进行分相30s。
(4)将步骤(3)中分相后的膜转移到去离子水中浸泡3~8d除去多余溶剂,得到PMIA混合基质超滤膜,记为PMIA/GO-2,孔径为26~27nm,孔隙率为75.43%,SEM图如图3所示。研究PMIA/GO-2膜表面的亲水性能,结果如图1所示。对PMIA/GO-2进行通量测试,结果如图2所示。
为了测试PMIA/GO膜在碱性条件下的分离性能,采用OVA作为过滤介质,测试结果具体如图4所示。测试方式具体为:制备了质量含量为0.9%的体积为1L的NaCl溶液,然后加入0.5gOVA,机械搅拌12h备用,加入NaCl的目的是增加OVA的溶解度,使OVA完全溶解,保持原来的自然状态,减小实验误差。先测试了膜PMIA/GO-2和PMIA12的纯水通量和蛋白质截留率,之后再取两种膜在pH为12-14的碱性溶液(pH分别设定为12、13和14)中浸泡24h后用水冲洗,再次测定纯水通量和蛋白质截留率,比较了两种膜在浸泡碱液前后的通量和截留率(before代表膜浸泡碱液之前,after代表膜浸泡碱液之后,(a)图代表纯水通量,(b)图代表截留率)。
实施例3
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯,采用以下步骤制备得到:
(1)按质量比GO:PMIA:LiCl:DMAC=0.15:12:4.5:83.35取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂(即LiCl)、氧化石墨烯和有机溶剂(即DMAC),并将聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为80℃,搅拌的时间为24h,静置脱泡的温度为80℃,静置脱泡的时间为12h,得到铸膜液。
(2)将步骤(1)的铸膜液在玻璃板上刮涂出厚度为80μm的膜,刮好后在空气中停留10s。
(3)将步骤(2)中带有铸膜液的玻璃板浸入25℃的去离子水中进行分相30s。
(4)将步骤(3)中分相后的膜转移到去离子水中浸泡3~8d除去多余溶剂,得到PMIA混合基质超滤膜,记为PMIA/GO-3,孔隙率为69%,SEM图如图3所示。研究PMIA/GO-3膜表面的亲水性能,结果如图1所示。对PMIA/GO-3进行通量测试,结果如图2所示。
实施例4
一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯,采用以下步骤制备得到:
(1)按质量比GO:PMIA:LiCl:DMAC=0.2:12:4.5:83.3取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂(即LiCl)、氧化石墨烯和有机溶剂(即DMAC),并将聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为80℃,搅拌的时间为24h,静置脱泡的温度为80℃,静置脱泡的时间为12h,得到铸膜液。
(2)将步骤(1)的铸膜液在玻璃板上刮涂出厚度为80μm的膜,刮好后在空气中停留10s。
(3)将步骤(2)中带有铸膜液的玻璃板浸入25℃的去离子水中进行分相30s。
(4)将步骤(3)中分相后的膜转移到去离子水中浸泡3~8d除去多余溶剂,得到PMIA混合基质超滤膜,记为PMIA/GO-4,孔隙率为64%,SEM图如图3所示。研究PMIA/GO-4膜表面的亲水性能,结果如图1所示。对PMIA/GO-4进行通量测试,结果如图2所示。
对比例1
一种现有的PMIA超滤膜,组分为聚间苯二甲酰间苯二胺,采用以下步骤制备得到:
(1)按质量比PMIA:LiCl:DMAC=12:4.5:83.5取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂(即LiCl)和有机溶剂(即DMAC),并将聚间苯二甲酰间苯二胺和助溶剂加入到有机溶剂中并搅拌均匀,搅拌的温度为80℃,搅拌的时间为24h,静置脱泡的温度为80℃,静置脱泡的时间为12h,得到铸膜液。
(2)将步骤(1)的铸膜液在玻璃板上刮涂出厚度为80μm的膜,刮好后在空气中停留10s。
(3)将步骤(2)中带有铸膜液的玻璃板浸入25℃的去离子水中进行分相30s。
(4)将步骤(3)中分相后的膜转移到去离子水中浸泡3~8d以除去多余溶剂,得到PMIA超滤膜,记为PMIA12,SEM图如图3所示。研究PMIA12膜表面的亲水性能,结果如图1所示。对PMIA12进行通量测试,结果如图2所示。对PMIA12进行耐碱测试,结果如图4所示。
从图1可以看出,随着GO浓度的提升,实施例1-4制得的PMIA混合基质超滤膜的接触角(以最初进行老化的时间节点来看,PMIA/GO-1的接触角为74°,PMIA/GO-2的接触角为68°,PMIA/GO-3的接触角为71°,PMIA/GO-4的接触角为79°,PMIA12的接触角为86°)先减少大后减大,并都小于PMIA12的接触角,说明氧化石墨烯的加入提高了膜的亲水性,且随着老化时间的增长,含有氧化石墨烯的膜的接触角的减小程度更大。
从图2可以看出,随着GO浓度的增大,本发明制得的PMIA混合基质超滤膜的孔隙率(从图2的(a)中可以看出,PMIA/GO-1的孔隙率为67%,PMIA/GO-2的孔隙率为75.43%,PMIA/GO-3的孔隙率为69%,PMIA/GO-4的孔隙率为64%)先增大后减小,并都大于现有的PMIA超滤膜的孔隙率(PMIA12的孔隙率为56.70%),本发明制得的PMIA混合基质超滤膜的纯水通量(从图2的(c)中可以看出,以最初一小时纯水通量来看,PMIA/GO-1的通量为277.1L·m-2·h-1,PMIA/GO-2的通量为326.5L·m-2·h-1,PMIA/GO-3的通量为285.7L·m-2·h-1,PMIA/GO-4的通量为252.1L·m-2·h-1)先增大后减小,并都大于现有的PMIA超滤膜的通量(PMIA12的通量为244.4L·m-2·h-1),本发明制得的PMIA混合基质超滤膜的通量恢复率(以BSA为蛋白质污染物,运行1h后清洗,此时如图2的(b)所示(在中性条件下测试)(FRR%代表通量恢复率,R%代表截留率),PMIA/GO-1的通量恢复率为83.01%,PMIA/GO-2的通量恢复率为88.90%,PMIA/GO-3的通量恢复率为85.80%,PMIA/GO-4的通量恢复率为81.32%)也是先增大后减小,并都大于现有的PMIA超滤膜的通量恢复率(PMIA12的通量恢复率为77.54%),说明氧化石墨烯的加入可使膜的抗污染性增强,这可以通过以下原理进行说明:氧化石墨烯为片层状结构,水分子可与氧化石墨烯表面的氧原子形成氢键,在氢键作用下水分子发生无摩擦滑流,通量增大。膜自身含有大量的亲水性官能团,如:羟基,羧基等会使得膜表面和膜孔亲水性提升,在过滤蛋白质时,会形成水化层,阻碍蛋白质与膜接触,从而使得膜的抗污染性增强。
从图3中可以看出,原始膜和PMIA/GO共混膜都具有不对称的膜结构,具有多孔亚层和致密的表面层。由于手指状大孔结构的起始和生长,液-液相贫聚合物成核并扩散流动。由于氧化石墨烯具有亲水性,加速了水与DMAC在相变过程中的传质速率,从而形成大孔结构。由于氯化锂的加入,得到的超滤膜具有隧道状的孔结构,适当数量和尺寸的孔结构有利于降低过滤过程中的传质阻力,从而提高膜的水通量。
从图4(a)中可以看出,PMIA/GO-2的纯水通量在浸泡碱液之前可达到320L·m-2·h-1以上,浸泡碱液之后,纯水通量的变化幅度非常小,且随着pH的增大,纯水通量的变化虽然略有变大,但变化幅度仍然非常小,仍然在10L·m-2·h-1以内,说明PMIA/GO-2的耐碱性强,而PMIA12的纯水通量在浸泡碱液之前只达到240L·m-2·h-1到250L·m-2·h-1之间,浸泡碱液之后,纯水通量的变化幅度较大,且随着pH的增大,PMIA12的纯水通量的下降幅度可达50L·m-2·h-1,说明PMIA12的耐碱性较差;从图4(b)中可看到,PMIA/GO-2的截留率在浸泡碱液之前可达到92.7%左右,浸泡碱液之后,截留率的变化幅度非常小,且随着pH的增大,截留率的变化也基本保持一致,为0.2%左右,说明PMIA/GO-2的耐碱性强,而PMIA12的截留率在浸泡碱液之前可达到93.3%左右,浸泡碱液之后,截留率的变化幅度较大,且随着pH的增大,PMIA12的纯水通量的下降幅度可达2%,说明PMIA12的耐碱性较差。总之,PMIA12在浸泡碱液前后的通量和截留率显著降低,而由于GO的加入,PMIA/GO-2的通量和截留率在浸泡碱液前后几乎没有明显的变化。可采用以下原理进行解释:碱性条件下会导致部分芳香聚酰胺的羧基电离,负电增加,产生静电斥力,由于溶胀现象,膜的孔径增大,渗透性能受到影响,由于GO的加入,膜表面的电负性增强,电子吸收能力增强,静电斥力效应减弱,因此,PMIA混合基质超滤膜膜的膜孔几乎没有影响,表现为浸泡碱液之后PMIA/GO-2的通量和截留率没有显著降低。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,其特征在于,所述超滤膜包含以下组分:聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,其特征在于,所述聚间苯二甲酰间苯二胺和氧化石墨烯的质量比为(0.05~0.2):(83.3~83.45)。
3.根据权利要求1所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜,其特征在于,所述超滤膜膜表面的接触角为68~79°,所述超滤膜的孔径为26~27nm,所述超滤膜的孔隙率为64~75.43%。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括以下步骤:
(a)取聚间苯二甲酰间苯二胺、助溶剂和氧化石墨烯加入到有机溶剂中并搅拌均匀,后静置脱泡,得到铸膜液;
(b)将步骤(a)得到的铸膜液刮涂于基板上,后置于水中进行分相,再经后处理即得到所述的PMIA混合基质超滤膜。
5.根据权利要求4所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤(a)中,搅拌的温度为75~85℃,搅拌的时间为22~26h,静置脱泡的温度为75~85℃,静置脱泡的时间为10~14h。
6.根据权利要求4所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤(a)中,所述助溶剂为氯化锂,所述有机溶剂为二甲基乙酰胺。
7.根据权利要求4所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤(b)中,刮涂好铸膜液的基板在空气中停留10s。
8.根据权利要求4所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤(b)中,分相的温度为23~27℃,分相的时间为20~40s。
9.根据权利要求4所述的一种具有高通量和抗污染性能的PMIA混合基质超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤(b)中,后处理具体为:将分相后的超滤膜转移至去离子水中浸泡3~8d。
10.一种如权利要求1-3任一项所述的PMIA混合基质超滤膜在抗污染中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011478562.9A CN112755821A (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011478562.9A CN112755821A (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112755821A true CN112755821A (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=75695030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011478562.9A Pending CN112755821A (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112755821A (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103087342A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 同济大学 | 一种氧化石墨烯/pvdf共混阳离子交换膜及其制备方法 |
US20160303518A1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Nanocomposite ultrafiltration membrane containing graphene oxide or reduced graphene oxide and preparation method thereof |
CN107158960A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-15 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种高通量和抗污染的聚间苯二甲酰间苯二胺纳滤膜的制备方法 |
CN107213796A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-09-29 | 北京林业大学 | 一种含改性氧化石墨烯的新型聚醚酰亚胺纳滤膜的制备方法 |
CN109569329A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-05 | 湖南恒业城市环境科技有限公司 | 一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法 |
CN111760461A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-13 | 上海应用技术大学 | 一种聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法 |
CN111921386A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-13 | 北京理工大学 | 一种聚间苯二甲酰间苯二胺超滤膜的制备方法 |
-
2020
- 2020-12-15 CN CN202011478562.9A patent/CN112755821A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103087342A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 同济大学 | 一种氧化石墨烯/pvdf共混阳离子交换膜及其制备方法 |
US20160303518A1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Nanocomposite ultrafiltration membrane containing graphene oxide or reduced graphene oxide and preparation method thereof |
CN107158960A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-15 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种高通量和抗污染的聚间苯二甲酰间苯二胺纳滤膜的制备方法 |
CN107213796A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-09-29 | 北京林业大学 | 一种含改性氧化石墨烯的新型聚醚酰亚胺纳滤膜的制备方法 |
CN109569329A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-05 | 湖南恒业城市环境科技有限公司 | 一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法 |
CN111760461A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-13 | 上海应用技术大学 | 一种聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法 |
CN111921386A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-13 | 北京理工大学 | 一种聚间苯二甲酰间苯二胺超滤膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
WANG ZONGHUA: ""Novel GO-blended PVDF ultrafiltration membranes"", 《DESALINATION》 * |
姜钦亮: ""PMIA和氯化锂含量对PMIA平板超滤膜结构与性能的影响"", 《膜科学与技术》 * |
杨梅: ""氧化石墨烯改性PMIA膜的制备及性能研究"", 《水处理技术》 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Antibacterial polyvinyl alcohol nanofiltration membrane incorporated with Cu (OH) 2 nanowires for dye/salt wastewater treatment | |
CN106215720B (zh) | 一种掺杂石墨烯量子点耐有机溶剂超滤膜的制备方法、所制备的超滤膜以及该超滤膜的应用 | |
Feng et al. | Hybrid ultrafiltration membranes based on PES and MOFs@ carbon quantum dots for improving anti-fouling performance | |
CN112007521B (zh) | 一种高通量复合纳滤膜的制备方法 | |
CN111773928B (zh) | 一种气凝胶复合膜及其制备方法和应用 | |
Choi et al. | Modification of performances of various membranes using MWNTs as a modifier | |
CN110141978B (zh) | 一种超薄复合膜及其制备方法 | |
CN112354378B (zh) | 层状MoS2纳米片共混还原的氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法 | |
CN109925896A (zh) | 一种杂化复合膜、制备方法及其应用 | |
CN108993165B (zh) | 一种层状无机材料有机溶剂纳滤复合膜及其制备方法 | |
Luo et al. | From 0D to 3D nanomaterial-based composite membranes for CO2 capture: Recent advances and perspectives | |
CN114016285B (zh) | 一种用于海水淡化的功能纳米纤维膜的制备方法 | |
CN113117525A (zh) | 一种氨基功能化单壁碳纳米管改性聚酰胺纳滤膜及其制备方法与应用 | |
CN113731190B (zh) | 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 | |
Hosseini et al. | Enhancing antifouling and separation characteristics of carbon nanofiber embedded poly ether sulfone nanofiltration membrane | |
Chang et al. | Electrical responsiveness of carboxylate multi-walled carbon nanotube cross-linked composite anti-fouling membranes to organic pollutants | |
Pan et al. | Preparation of PVDF mixed matrix membrane based on hydrophilic imine type covalent organic framework (COF) for dye and salt separation | |
Li et al. | Construction of PDA-PEI/ZIF-L@ PE tight ultra-filtration (TUF) membranes on porous polyethylene (PE) substrates for efficient dye/salt separation | |
Saki et al. | The size and concentration effects of Al2O3 nanoparticles on PSF membranes with enhanced structural stability and filtration performance | |
CN117181004A (zh) | 一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用 | |
CN112569813A (zh) | 一种无机纳米材料增强中空纤维超滤膜的制备方法 | |
CN112755821A (zh) | 具有高通量和抗污染性能的pmia混合基质超滤膜及制备应用 | |
CN114618312B (zh) | 一种双重多孔离子选择透过性膜及其制备方法 | |
CN114797488A (zh) | 聚电解质-碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜及制备方法 | |
CN115475538A (zh) | 一种基于COFs中间层的中空纤维复合纳滤膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210507 |