以聚偏氟乙烯为基底的高渗透选择性聚酰胺/酯纳滤膜的制备与表征

doi:10.7503/cjcu20220574

摘要/Abstract

摘要：

以亲水性聚(N-羟乙基丙烯酰胺)(PHEAA)、疏水性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为链段的两亲性三嵌段共聚物PHEAA-b-PMMA-b-PHEAA(PHMH)为改性剂, 以聚偏氟乙烯(PVDF)为基底膜材料, 利用非溶剂诱导相分离法制备了PVDF/PHMH基底. 与未改性PVDF基底相比, PVDF/PHMH基底表面孔径变小, 孔隙率和亲水性增加; 与PVDF基底纳滤膜N0相比, 通过界面聚合制备的PVDF/PHMH基底纳滤膜N1表面粗糙度大、亲水性强、截留分子量小, N1纳滤膜对Na₂SO₄的截留率为96.0%, 水渗透通量高达304 L·m^-2·h^-1·MPa^-1, 优于商业化纳滤膜的渗透选择性.

关键词: 两亲性嵌段共聚物, 聚偏氟乙烯基底, 界面聚合, 纳滤膜, 渗透选择性

Abstract:

Using polyvinylidene fluoride（PVDF） as a substrate material， an amphiphilic triblock copolymer PHEAA-b-PMMA-b-PHEAA（PHMH） with hydrophilic poly（N-hydroxyethyl acrylamide）（PHEAA） and hydrophobic polymethyl methacrylate（PMMA） chain segments was used as a modifier for fabrication of PVDF/PHMH substrate via non-solvent induced phase separation method. The surface pore size of the PVDF/PHMH substrate was smaller than that of the unmodified PVDF substrate， and the porosity and hydrophilicity were increased. Compared with PVDF substrate nanofiltration membrane（N0）， PVDF/PHMH substrate nanofiltration membrane（N1） prepared via interfacial polymerization exhibited a higher surface roughness， hydrophilicity and lower molecular weight cut-off. The N1 membrane showed a rejection of Na₂SO₄ up to 96.0% and the water permeation flux was 304 L·m^-2·h^-1·MPa^-1， which exceeded those of commercial nanofiltration membranes.

Key words: Amphiphilic block copolymer, Poly（vinylidene fluoride） substrate, Interfacial polymerization, Nanofiltration membrane, Perm-selectivity

中图分类号:

O635

TrendMD:

杨炎福, 王齐齐, 张辉, 张庆磊, 赵军强, 赵义平, 陈莉. 以聚偏氟乙烯为基底的高渗透选择性聚酰胺/酯纳滤膜的制备与表征. 高等学校化学学报, 2023, 44(4): 20220574.

YANG Yanfu, WANG Qiqi, ZHANG Hui, ZHANG Qinglei, ZHAO Junqiang, ZHAO Yiping, CHEN Li. Preparation and Characterization of a High Perm-selectivity Poly（amide/ester） Nanofiltration Membrane Using a Poly（vinylidene fluoride） Substrate. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220574.

图/表 4

Fig.1 SEM images(A, B), XPS spectra(C) and water contact angles(D) of PVDF(A, a) and PVDF/PHMH(B, b) substratesInsets of （A） and （B） are the pore size distribution plots， average pore size（μ） and porosity（ε） are measured by surface SEM images via Image⁃Pro Plus. Insets of （D） are photographs of the initial water contact angle.

Fig.2 SEM images(A, D), C1s (B, E) and O1s (C, F) XPS spectra of N0(A—C) and N1(D—F) nanofiltration membranes

Fig.3 Water contact angles(A) and zeta potentials(B) of N0 and N1 nanofiltration membranesInsets of （A） are photographs of the initial water contact angle.

Fig.4 Molecular weight cut⁃off and pore size distribution(A), rejection rate(B) and water permeation flux(C) of N0 and N1 nanofiltration membranes and comparison of N1 membrane performance with other reported and commercial nanofiltration membranes(D)Inset of （A） shows μ and σ of N0 and N1 nanofiltration membranes.

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