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        添加劑對醋酸纖維素膜結(jié)構(gòu)和性能的影響

        2016-05-14 09:08:13牛彩云李巧玲
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年5期
        關(guān)鍵詞:復(fù)合膜

        牛彩云 李巧玲

        摘 要:以納米二氧化鈦為添加劑,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)為溶劑,通過相轉(zhuǎn)化法制備了醋酸纖維素(CA)/納米TiO2復(fù)合超濾膜。用掃描電鏡SEM觀察了制備的CA及CA/TiO2復(fù)合超濾膜的表面結(jié)構(gòu),討論了納米TiO2的加入對膜的孔隙率、水通量、截留率的影響,結(jié)果表明:在一定溶劑比例下,隨著納米TiO2的加入使膜的孔隙率增加并且抗菌性增強(qiáng)。

        關(guān)鍵詞:醋酸纖維素;復(fù)合膜;納米二氧化鈦

        中圖分類號:TQ028.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        由于醋酸纖維素造價低廉、來源廣泛、親水性好、制膜過程簡單、成膜性能好等特點,所以通常用來制備有機(jī)膜。但是CA膜存在抗壓性、抗菌性能差等缺點,較大的限制了CA膜的應(yīng)用范圍。所以選取無機(jī)納米粒子TiO2作為添加劑。TiO2擁有良好的光催化效果,能夠分解有機(jī)化學(xué)物質(zhì)和殺死細(xì)菌,且納米TiO2添加到有機(jī)聚合膜中會增加膜強(qiáng)度、提高水通量、加強(qiáng)膜的親水性。

        1 實驗部分

        1.1 主要試劑

        醋酸纖維素,化學(xué)純,N,N-二甲基甲酰胺,分析純,N-甲基-2-吡咯烷酮,分析純

        主要儀器與設(shè)備:

        Tensor27紅外光譜儀,SU-1500掃描電子顯微鏡,AUY-220電子分析天平,KQ-250DB數(shù)控超聲波清洗器,HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋,81-2恒溫磁力攪拌器。

        1.2 復(fù)合膜的制備

        分別稱一定質(zhì)量的CA及一定質(zhì)量比的CA和納米TiO2,于250ml燒杯中;室溫下開啟磁力攪拌器進(jìn)行低速攪拌,待其完全溶解后停止攪拌,超聲分散1小時后得到均勻分散的鑄膜液,靜止放置進(jìn)行脫泡。以流延法將鑄膜液傾倒到干凈的玻璃板上,用玻璃棒刮成厚度1um左右的薄層,用相轉(zhuǎn)化法制膜,即連同玻璃板,將膜置于去離子水中凝膠定型。

        2 膜的表征及性能測試

        2.1 膜表面形態(tài)分析

        采用日本日立公司SU-1500型號掃描電子顯微鏡,來觀察樣品表面形貌。

        2.2 孔隙率的計算

        把在去離子水中充分溶脹的超濾膜用吸水紙吸干,稱重m1;將膜放在陰涼通風(fēng)處晾干,再放入烘箱中烘干,稱重m2;以膜的含水量定義膜的孔隙率,以下試計算孔隙率:

        2.3 純水通量的測試

        水通量即純水透過率,指在一定流速、溫度、壓力下,單位時間,單位膜面積超濾膜的純水透過量。用公式計算:

        J=Q/At

        式中:J為純水透過率,L/m-2· h-1;Q為純水透過量(L);A為膜有效面積(m2);t為收集純水透過量所需的時間(h)。

        2.4 截留率的測試

        截留率為膜截留特定溶質(zhì)占溶液總特定溶質(zhì)的比率。用來表征膜的分離能力。聚乙二醇與Dragendoff試劑可以生成橘紅色的絡(luò)合物,用分光光度計測試溶液中的聚乙二醇含量,將已知分子量的聚乙二醇加入水中,使其通過復(fù)合膜,測試過濾前后聚乙二醇溶液濃度變化,用公式計算出截留率:

        式中:Ru為截留率(%);C1為原液中的聚乙二醇濃度(mg/L);C2為透過液中的聚乙二醇濃度(mg/L)。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 掃描電鏡分析

        在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn),加入TiO2對膜的結(jié)構(gòu)有很大影響,(a)中未完全溶解且表面不光滑,其未溶解的白色顆??赡苁荂A,膜表面雖有孔形成,但大小不一且分散不均勻,但加入TiO2后,微孔數(shù)明顯增多且分散較為均勻,主要因為孔的形成主要依賴于溶劑與非溶劑之間轉(zhuǎn)化,TiO2與溶劑以及聚合物之間存在吸附和氫鍵的作用,使得溶劑與非溶劑之間轉(zhuǎn)換變慢,從而孔數(shù)增多 。

        3.2 孔隙率的測定

        孔隙率越大,膜的滲透性能越好,水通量越高,根據(jù)膜孔隙率的計算:加入納米TiO2之前,膜的孔隙率為78.4%;加入TiO2之后,膜的孔隙率為81.3%??紫堵实脑黾?,微孔數(shù)增多,孔隙分布變窄,膜的親水性也會增強(qiáng),但是過高的TiO2含量,會產(chǎn)生嚴(yán)重的納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象,而造成膜的各項指標(biāo)性能下降。

        3.3 TiO2對膜的抗菌性菌性的影響

        經(jīng)過單膜與復(fù)合膜的對比,在添加TiO2后培養(yǎng)基醋酸纖維素/ TiO2膜周圍出現(xiàn)抑菌圈。這說明了CA/TiO2復(fù)合膜有一定的殺菌效果。

        結(jié)論

        納米TiO2粒子的加入只起到了物理共混的作用,并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng);使膜的孔隙率提高,膜表面微孔數(shù)增多,有效的改善了膜的結(jié)構(gòu)。當(dāng)納米TiO2含量為2%時,膜的性能明顯得到改善,親水性明顯增強(qiáng)純水通量以及截留率都有所提高。添加后可以明顯提高膜的抗菌、抗污染性能。

        參考文獻(xiàn)

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        [3] 王忠明,王喆,鄭業(yè)燦. 溶膠凝膠法制備磺化聚砜/二氧化鈦超濾膜[J].塑料工業(yè),2011,39(06):91-94.

        [4] 王家芳,章文貢.溶膠—凝膠法合成有機(jī)—無機(jī)雜化膜材料進(jìn)展.—1.組分間以化學(xué)鍵力作用的有機(jī)—無機(jī)雜化材料[J].高分子通報,2001(01):60-67.

        [5] 徐瑛,何小松,陳雪梅,等.殼聚糖/二氧化鈦的制備及抗菌催化性能[J].應(yīng)用化工,2011,40(06):969-974.

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