高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (4): 785-792.doi: 10.7503/cjcu20170618
赵彩秀, 杨溢, 刘一婷, 姜影, 袁芳, 王睿, 陈冬菊()
收稿日期:
2017-09-13
出版日期:
2018-04-10
发布日期:
2018-02-12
作者简介:
联系人简介: 陈冬菊, 女, 博士, 副教授, 主要从事聚合物膜材料方面的研究. E-mail:基金资助:
ZHAO Caixiu, YANG Yi, LIU Yiting, JIANG Ying, YUAN Fang, WANG Rui, CHEN Dongju*()
Received:
2017-09-13
Online:
2018-04-10
Published:
2018-02-12
Contact:
CHEN Dongju
E-mail:dongjuchen_1978@lnnu.edu.cn
Supported by:
摘要:
聚苯并咪唑(PBI)是一种类杂环聚合物, 具有独特的耐高温性、 化学稳定性和机械稳定性, 因而被广泛用作膜材料. PBI膜具有很高的选择性, 在耐溶剂纳滤领域具有较好的应用前景. 本文在PBI铸膜液中引入亲水性添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30), 通过调节PVP的含量来改变成膜过程中的动力学过程, 继而对PBI膜的结构进行进一步调控, 从而改善其渗透通量. 研究表明, 随着制膜液中PVP含量的增加, 通量不断升高, 对染料的截留保持稳定. 当PVP质量分数为15%时, PBI膜对亚甲基蓝的截留率达到99.18%, 表现出优异的分离性能.
中图分类号:
赵彩秀, 杨溢, 刘一婷, 姜影, 袁芳, 王睿, 陈冬菊. 高通量聚苯并咪唑纳滤膜的结构调控及性能[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(4): 785-792.
ZHAO Caixiu, YANG Yi, LIU Yiting, JIANG Ying, YUAN Fang, WANG Rui, CHEN Dongju. High Flux Polybenzimidazole Solvent Resistant Nanofiltration Membranes: Morphology Control and Performance†[J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2018, 39(4): 785-792.
Solvent | Molar weight/ (g·mol-1) | Molar volume/ (cm3·mol-1) | Surface tension/ (mN·m-1) | Viscosity/ (mPa·s) | Density/ (g·cm-3) |
---|---|---|---|---|---|
IPA | 60 | 76.92 | 21.7 | 1.96 | 0.785 |
Ethanol | 46 | 58.68 | 22.3 | 1.074 | 0.790 |
THF | 72 | 81.08 | 28.0 | 0.456 | 0.888 |
Acetone | 58 | 73.40 | 23.3 | 0.306 | 0.791 |
Table 1 Physical properties of the solvents
Solvent | Molar weight/ (g·mol-1) | Molar volume/ (cm3·mol-1) | Surface tension/ (mN·m-1) | Viscosity/ (mPa·s) | Density/ (g·cm-3) |
---|---|---|---|---|---|
IPA | 60 | 76.92 | 21.7 | 1.96 | 0.785 |
Ethanol | 46 | 58.68 | 22.3 | 1.074 | 0.790 |
THF | 72 | 81.08 | 28.0 | 0.456 | 0.888 |
Acetone | 58 | 73.40 | 23.3 | 0.306 | 0.791 |
Component | Structure | Charge | Molar weight/ (g·mol-1) | Molar volume/ (cm3·mol-1) |
---|---|---|---|---|
Methylene blue(MB) | ![]() | + | 374 | 160 |
Bromothymol blue(BTB) | ![]() | 0 | 624.39 | 281 |
Rose bengal(RB) | ![]() | - | 1017 | 272.8 |
Table 2 Properties of the solute
Component | Structure | Charge | Molar weight/ (g·mol-1) | Molar volume/ (cm3·mol-1) |
---|---|---|---|---|
Methylene blue(MB) | ![]() | + | 374 | 160 |
Bromothymol blue(BTB) | ![]() | 0 | 624.39 | 281 |
Rose bengal(RB) | ![]() | - | 1017 | 272.8 |
Sample | Elasticity modulus/MPa | Elongation at break(%) | Tensile strength/MPa |
---|---|---|---|
15%PBI | 130.54 | 16.00 | 6.74 |
15%PBI+10%PVP | 115.87 | 17.17 | 6.52 |
15%PBI +20%PVP | 103.06 | 12.11 | 5.75 |
Table 3 Mechanical properties of the prepared membrane
Sample | Elasticity modulus/MPa | Elongation at break(%) | Tensile strength/MPa |
---|---|---|---|
15%PBI | 130.54 | 16.00 | 6.74 |
15%PBI+10%PVP | 115.87 | 17.17 | 6.52 |
15%PBI +20%PVP | 103.06 | 12.11 | 5.75 |
Fig.3 Surface morphologies of PBI NF membranes(A)12%PBI; (B)12%PBI+5%PVP; (C)12%PBI+10%PVP; (D)12%PBI+15%PVP; (E)15%PBI; (F)15%PBI+5%PVP; (G)15%PBI+10%PVP; (H)15%PBI+15%PVP; (I)18%PBI; (J)18%PBI+5%PVP; (K)18%PBI+10%PVP; (L)18%PBI+15%PVP.
Fig.4 Cross-section morphologies of PBI NF membranes(A) 12%PBI; (B) 12%PBI+5%PVP; (C) 12%PBI+10%PVP; (D) 12%PBI+15%PVP;(E) 15%PBI; (F) 15%PBI+5%PVP; (G) 15%PBI+10%PVP; (H) 15%PBI+15%PVP;(I) 18%PBI; (J) 18%PBI+5%PVP; (K) 18%PBI+10%PVP; (L) 18%PBI+15%PVP.
Fig.7 Permeability of different pure solvents through PBI NF membranes with different compositions of casting solutions(A) a. 12%PBI; b. 12%PBI+5%PVP; c. 12%PBI+10%PVP; d. 12%PBI+15%PVP. (B) a. 15%PBI; b. 15%PBI+5%PVP; c. 15%PBI+10%PVP; d. 15%PBI+15%PVP. (C) a. 18%PBI; b. 18%PBI+5%PVP; c. 18%PBI+10%PVP; d. 18%PBI+15%PVP.
[1] | Ma Y. X., Tian F. L., Membrane Separation and Technology,2003, 29, 15-20 |
(马云翔, 田福利. 膜分离技术, 2003, 29, 15-20) | |
[2] | Wang M., Wu L. G., Mo J. X., Gao C. J., J. Membr. Sci., 2006, 274(1/2), 200-208 |
[3] | Fang B., Pan K., Meng Q. H., Cao B., Polym. Int., 2012, 61(1), 111-117 |
[4] | Peyravi M., Rahimpour A., Jahanshahi M., J. Membr. Sci., 2015, 473, 72-84 |
[5] | Rahimpour A., Madaeni S. S., Mansourpanah Y., J. Membr. Sci., 2010, 364(1/2), 380-388 |
[6] | Chen D. J., Li X. F., Journal of Power Sources, 2014, 247, 629-635 |
[7] | Chen D. J, Liu X., Li D. D., Li X. F., Highly Stable RSC Advances, 2016, 6, 29570-29575 |
[8] | Yang Q., Wang K. Y., Chung T. S., Sep. Purif. Technol., 2009, 69(3), 269-274 |
[9] | Sadrzadeh M., Amirilargani M., Shahidi K., Mohammadi T., J. Membr. Sci., 2009, 342(1/2), 236-250 |
[10] | Li X. F., De Feyter S., Chen D. J., Aldea S., Vandezande P., Du Prez F., Vankelecom I. F. J., Chemistry of Materials, 2008, 20(12), 3876-3883 |
[11] | Chen D. J., Yu S. S., Zhang H. M., Li X. F., Sep. Purif. Technol., 2015, 142, 299-306 |
[12] | Li Q., Jensen J. O., Savinell R. F., Bjerrum N. J., Progress in Polymer Science, 2009, 34(5), 449-477 |
[13] | Chen D. J., Yu S. S., Yang M., Li D. D., Li X. F., RSC Advance, 2016, 6, 16925-16932 |
[14] | Dai H., Zhang H., Zhong H., Jin H., Li X., Xiao S., Mai Z., Fuel Cells, 2010, 10(5), 754-761 |
[15] | Chen. L. F, Lu. X. F, Bian. X. F, Hou Z. C., Liu Z. Y., Si L. Q., Qin Q., Pan L., Shen L. G., Membrane and Technology,2014, 34(2), 18-22 |
(陈利芳, 陆晓峰, 卞晓锴, 侯铮迟, 刘忠英, 施柳青, 秦强, 潘玲, 申利国. 膜科学与技术, 2014, 34(2), 18-22) | |
[16] | Xing D. Y., Chan S. Y., Chung T. S., Green Chemistry, 2014, 16, 1383-1392 |
[17] | ASTM D882-12, Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012 |
[18] | Chen W., Regulating Structures and Water Treatment Properties of Polymer Membranes Utilizing Dissolution-condensation Behavior of Liquids, Harbin Institute of Technology, Harbin, 2014 |
(程巍. 液体溶解-凝聚法调控聚合物滤膜结构及其水处理性能研究, 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014) | |
[19] | Xing L. X., Song J. F., Li Z. S., Liu J. D., Huang T., Dou P. J., Chen Y., Li X. M., He T., J. Membr. Sci., 2016, 520, 596-606 |
[20] | Hołda A. K., Aernouts B., Saeys W., Vankelecom I. F. J, J. Membr. Sci., 2013, 442, 196-205 |
[21] | Liu X. W., Chen S. H., Zhan S. P., Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(8), 1573-1579 |
(刘学武, 陈淑花, 詹世平. 高等学校化学学报, 2016, 37(8), 1573-1579) | |
[22] | See-Toh Y. H., Ferreira F. C., Livingston A. G., J. Membr. Sci., 2007, 299(1/2), 236-250 |
[23] | Chang X. J., Wang Z. X., Quan S., Xu Y. C., Appl. Surf. Sci., 2014, 316, 537-548 |
[24] | Pellegrin B., Mezzari F., Hanafi Y., Szymczyk A., Remigy J. C., Causserand C., J. Membr. Sci., 2015, 474, 175-186 |
[25] | Bai. Y. X, Wu. G. L, Zhang. C. F, Gu J., Sun Y. P., Engineering Sciences, 2014, 16(7), 79-83 |
(白云翔, 吴国梁, 张春芳, 顾瑾, 孙余凭. 中国工程科学, 2014, 16(7), 79-83) | |
[26] | Rezzadori K., Penha F. M., Proner M. C., Zin G., Petrus J. C. C., Prádanos P., Palacio L., Hernández A., Luccio M. D., J. Membr. Sci., 2015, 492, 478-489 |
[27] | Zhou. J. Q, Ye. J. F, Hu. X. H, Ping Z. Y., Chem. J. Chinese Universities, 2000, 21(2), 301-305 |
(周继青, 叶匀分, 胡晓华, 平郑骅. 高等学校化学学报, 2000, 21(2), 301-305) |
[1] | 宋西鹏, 刘金宇, 王丽华, 韩旭彤, 黄庆林. 聚苯并咪唑/聚乙烯吡咯烷酮复合质子交换膜的制备及钒液流电池性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(7): 1543-1551. |
[2] | 董士刚, 高颖波, 官自超, 王海鹏, 王霞, 杜荣归, 宋光铃. 聚乙烯吡咯烷酮对模拟混凝土孔隙液中钢筋的缓蚀效应[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(6): 1260-1266. |
[3] | 康长勇, 丁晓莉, 赵红永, 王鑫兰, 张玉忠, 王丽娜. 基于聚合物中空微球构建膜内纳米空腔及其对气体渗透性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(12): 2820-2824. |
[4] | 王存国, 潘璇, 张雷, 朱孟康, 李德凯, 刁玲博, 李伟彦. 高容量锂离子电池核壳型硅/碳复合电极材料的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 368-374. |
[5] | 卢善富, 刘祎阳, 相艳. 聚乙烯吡咯烷酮基碘凝胶电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(6): 1293-1299. |
[6] | 李文绮, 赵万国, 周兴赟, 苏丽, 张海军, 鲁礼林, 张少伟. Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的制备及催化制氢活性[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(10): 2164-2169. |
[7] | 陈婧, 张金明, 张军. 利于透过CO2的纤维素酯/离子液体复合膜[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(9): 2037-2039. |
[8] | 徐燕燕, 于书平, 韩克飞, 于景华, 朱红, 汪中明. 新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(6): 1547-1554. |
[9] | 张小飞, 孙润广, 郝长春, 杨谦, 赵琰. PVP修饰脂质体的形貌及力学特性[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(08): 1751-1756. |
[10] | 赵晶, 盛丽, 徐宏杰, 房建华, 印杰. 新型磺化聚苯并咪唑的合成及性能[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(03): 645-648. |
[11] | 盛丽, 徐宏杰, 房建华, 印杰. 可溶性共聚型聚苯并咪唑的合成及性能[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(7): 1461-1464. |
[12] | 王艳丽, 谭德新, 徐国财, 张明旭, 张宏艳. 超细纳米Pd粒子与聚乙烯吡咯烷酮的相互作用[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(5): 881-884. |
[13] | 谢莉婧, 金小青, 付国瑞, 解玉龙, 王耀先, 胡中爱. α-Co(OH)2的制备及其超级电容特性[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(2): 353-356. |
[14] | 张晶晶, 李文迪, 容建华. 聚乙烯吡咯烷酮/黏土纳米复合水凝胶的制备及表征[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(10): 2081-2087. |
[15] | 王迎军,徐红,郑裕东,任力 . 层状水凝胶仿生软骨的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2008, 29(7): 1488-1491. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||