聚酰亚胺纳滤膜简介及性能表征

安康学院化学化工系学年论文

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聚酰亚胺纳滤膜简介及性能表征

魏亮亮

安康学院 化学化工系725000

摘 要

随着膜分离技术的不断发展，生产具有稳定性能的纳滤膜迫在眉睫，目前主要的膜分离技术有反渗透(RO)，超滤(UF)，微滤(MF)，透析(Dialysis)，电渗析(ED)以及渗透汽化(PV)。纳滤(NF)是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术。由于其操作压力较低, 对一、二价离子有不同选择性, 对小分子有机物有较高的截留性等特点, 所以近年来发展较快, 国外膜与膜组器已商品化, 因此本文主要介绍聚酰亚胺纳滤膜的制备及其简单的性能评价！

[关键词]：聚酰亚胺，纳滤膜，性能表征

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Polyimide Nanfiltration membrane profile and the performance

characterization

Wei Liangliang

AnKang university Department of Chemistry and Chemical Engineering 725000

With the continuous development of the membrane separation technology, the production of the stability of the nanofiltration membrane is around the corner, at present the main membrane separation technology have reverse osmosis (RO), ultrafiltration (UF), the micro filter (MF), Dialysis (Dialysis), electrodialysis (ED) and pervaporation (PV). Nanofiltration (NF) is between the reverse osmosis and ultrafiltration membrane separation technology. Because its operating pressure is low, the price of one, two have different ion selective, organic matter of small molecules have higher intercept characteristics, so have fast development in recent years, foreign film and film group is already commercialization, so this paper mainly introduces the polyimide nanofiltration membrane preparation and simple performance evaluation.

[key words] : polyimide, nanofiltration membrane, performance characterization

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目 录

聚酰亚胺纳滤膜简介及性能表征 .............................................................................................. i 摘 要..................................................................................................................................... i 前 言.....................................................................................................................................1 1 耐溶剂纳滤膜 .....................................................................................................................1 1．1耐溶剂纳滤膜的提出........................................................................................................1 1.2耐溶剂纳滤膜的膜材料及制备 ...........................................................................................2 1．2．1聚酰亚胺膜 ..................................................................................................2 1．2．2商品化耐溶剂纳滤膜 ....................................................................................3

2 聚酰亚胺 ............................................................................................................................3

2.1 聚酰亚胺简介 ..........................................................................................................3 2.2 聚酰亚胺分离膜的应用 ............................................................................................4 3 聚酰亚胺膜的制备 ..............................................................................................................4

3.1 聚酰亚胺膜的制备过程和方法 ..................................................................................4 3.2 聚酰亚胺膜的结构与性能表征方法 ...........................................................................5

3.2.1 SEM表面及断面形貌表征 .............................................................................5

3.2.2 ATR—FTlR表征 ...........................................................................................5 3.2.3 膜耐溶剂性能表征...........................................................................................5 3.2.4 膜渗透及截留性能表征装置 ...........................................................................6 结 论..............................................................................................................................7 主要参考文献 ...................................................................................................................8

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前 言

膜分离技术是利用具有特殊分离性的有机高分子材料或无机材料，形成不同形状结构的膜，在一定驱动力作用下，使双元或多元组份透过膜的速率不同而实现分离或特定组份富集的方法。膜分离技术可以用于液相和气相。对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶液体系等。半个世纪以来，膜分离技术完成了从实验室到大规模应用的转变，成为一项高效节能的新分离技术。和传统的分离技术相比，膜分离技术有其特有的优势，膜分离过程没有相变，节能高效，无二次污染操作过程一般比较简单，经济性好模块组合方式既可满足集中应用，又可进行单元操作，工艺兼容性强，能因地制宜地满足多样化工艺组合要求可在常温下连续操作，特别适用于热敏性物质的处理[1-6]。常见的液体分离膜技术(其分离对象为溶液，特别是水溶液)有反渗透(RO)，超滤(UF)，微滤(MF)，透析(Dialysis)，电渗析(ED)以及渗透汽化(PV)。纳滤(NF)膜及其相关过程的出现大大地促进了膜技术在液体分离领域的应用。

1 耐溶剂纳滤膜

1．1耐溶剂纳滤膜的提出

目前，纳滤过程主要是集中在水溶液体系，而实际的工业流程涉及的是有机溶剂体系。石油化工、精细化工和医药等行业，许多物质的分子量处于纳滤过程的截留范围内，又因为纳滤过程具有许多突出的优点，所以迫切需要将其应用到这些行业，但是由于纳滤膜耐溶剂性能差，在实际工业应用中还存在一定的问题[7,8]。

为了拓宽纳滤膜的应用领域，就必须解决膜的耐溶剂问题。目前解决膜的耐溶剂问题主要有两种思路：一是采用无机膜，因为无机膜本身就具有良好的耐溶剂性能，但是由于无机纳滤膜的发展才刚起步且价格较贵，还有待开发其在工业中的应用；二是采用具有良好性能的膜材料，再通过相应的改性处理，增加其耐溶剂性，最终制得耐溶剂的有机纳滤膜。相对于无机膜，目前研制和开发具有耐溶剂性能的有机纳滤膜是方便可行的途径，也是当今备受关注的课题之一。

在有机溶剂中，聚合物由于相似相溶原理而产生溶解现象，表现为两个过程：(1)溶剂向聚合物的扩散；(2)聚合物链的解离，从而导致膜表面结构发生变化，以致失去分离性能，限制了有机膜在有机溶剂体系的应用。

有机膜和有机溶剂接触时会发生的5种情况：(1)没有化学影响；(2)很小的溶涨，膜还可以使用；(3)严重的溶涨，膜慢慢地溶解；(4)膜完全溶解(破坏了膜的完整性)；(5)由于溶剂的增塑性，造成孔径的减小。

其中(1)和(2)是实际工业所期待的，但是(1)基本上是不能实现的，(2)是切实可行的，可以通过相应的膜材料选择以及后处理来实现，所谓的耐溶剂纳滤膜也即处于这样的范围。

一般在水溶液体系中使用的有机纳滤膜是由亲水性的聚合物材料制成的。目

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前，商品化纳滤膜的材质主要是聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)、醋酸纤维素(CA)及其衍生物等[9]。这些有机纳滤膜在水溶液体系中表现出很好的性能，但是把这些有机纳滤膜应用于有机溶剂体系中，它们就会失去结构的完整性和原有的分离性能。膜的不稳定性一方面可以导致膜的膨胀或膜的破裂从而得到非常大的膜通量，另一方面还可以导致膜的收缩从而使溶剂不能透过膜。由于有机溶剂的溶涨，加在膜上的操作压力还可能导致严重的压实现象[10]。

为了拓展有机纳滤膜在有机溶剂体系中的应用，这就对膜的耐溶剂性提出了苛刻的要求，于是开发有机耐溶剂纳滤膜成为近几年来的研究热点。

1.2耐溶剂纳滤膜的膜材料及制备

同一种材料用不同的方法制成膜，其分离性能有很大的差异。合理先进的制膜工艺和最优的工艺参数是制备优良性能分离膜的关键因素。因此在选定了具有耐溶剂性的制膜材料后，就必须从膜的制备方法上着手提高聚合物膜的耐溶剂性。还要确保有机纳滤膜在有机溶剂体系中具有合理的渗透通量、良好的选择性以及较高的机械强度，只有这样才能使制得的耐溶剂纳滤膜具有实际的应用价值。

目前报道的有机耐溶剂纳滤膜也都是在微滤、超滤膜表面涂覆一层耐溶剂的有机物制得复合式的耐溶剂纳滤膜。一般还要通过后续处理来增强其耐溶剂性，交联处理是最常用的方法。也有通过在聚合物中添加无机粒子来增强耐溶剂性的。

不同的膜分离过程对膜材料有不同的要求。因此，根据不同的膜分离过程被分离介质，选择合适的聚合物作为膜材料是制备分离膜必需解决的问题。为了使制得的纳滤膜能够应用于一个较广范围内的工业有机溶剂体系而不发生溶解(能够抵制溶涨)，材料本身就必须具备良好的耐溶剂性。应用于有机溶剂体系的聚合物膜材料，一般要具有良好的刚性、结晶性、热稳定性、耐压密性和溶剂惰性(不表现出溶涨)等特点[11]。从目前的文献报道来看，适合于耐溶剂纳滤膜制备的聚合物材料有聚酰亚胺、硅橡胶、聚丙烯腈、聚磷腈、聚亚胺酯以及其他交联聚合物等[12]。 1．2．1聚酰亚胺膜

聚酰亚胺是一种具有良好耐溶剂性、耐热性及机械性能优异的膜材料。国外耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜主要用于气体分离方面。很多的耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜是制成非对称的结构。

White等[13]首次将聚酰亚胺制备成纳滤膜用于有机溶剂体系。他们报道了使用聚酰亚胺纳滤膜来回收润滑油滤液中的溶剂，该膜对润滑油的截留率可达95％，透过的溶剂纯度达99％以上，且膜表现出良好的稳定性。Ohya等[14]也报道了用聚酰亚胺成功地制备出一种不对称纳滤膜，该膜具有耐高温、高压及有机溶剂的优点，膜可截留相对分子质量为170-400的分子，其中截留相对分子质量为170的膜可有效地分离汽油和煤油，截留率达到90％。

国内，史德青等[15]制备了一种聚酰亚胺纳滤膜用于回收润滑油滤液中的溶剂，膜的截留率稳定在95％以上，在40天的运行期内膜的分离性能变化不大，说明此聚酰亚胺膜具有良好的稳定性。丁涛等也制备了一种耐溶剂聚酰亚胺纳滤膜：将定量的4，4-二氨基二苯醚(ODA)溶于二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，分批加入定量的均