Page 56 - 《精细化工》2020年第3期
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·474·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 37 卷

            3.0、5.0、15.0 和 30.0 min 的过滤液进行紫外测试,                (CIPS)法处理复合膜过程中,当体系温度淬冷到
            CA/CS 复合膜对 4 种染料的平衡吸附量按下式计算:                       冰点以下时,CS 层溶液中水分子会结晶,从而导致
                                                            分相,说明 CS 层膜的孔隙结构由水的结晶行为决
                              q   e  0  e  V        (3)
                                    m                          定。另因冷冻过程由表层逐层向内冻结,因此会形
                                                            成独特的片层结构。由图 1e 可看出,随着冷冻温度
                              q   0   t  V          (4)
                               t
                                    m                          的降低,膜表层出现明显的鳞片状结构,膜表面变
            式中:ρ 0 为溶液的初始质量浓度,mg/L;ρ e 和 ρ t 分别为               得粗糙不平整。从图 1f 可看出,CS 层与层间孔隙
            平衡溶液和 t 时溶液质量浓度,mg/L;V 为溶液体                        结构明显较大,但单层厚度仍较厚,约为 8 μm,说
            积,L;m 为 CA/CS 复合膜的质量,g;q e 和 q t 分别                明此时成膜固化温度还相对较高,降温速率慢,水
            为平衡吸附量和 t 时吸附量,mg/g。                               分子的结晶速度较慢,高分子链被冻结也就较慢,
                                                               分相较完全,水分子形成片晶较大,从而导致片层
            2   结果与讨论
                                                               之间空隙较大。当直接通过液氮快速冷冻成膜时(图

            2.1   不同成膜工艺对膜形貌的影响                                1g),膜表面出现较多微米级孔洞,约为 3  μm,有
                 不同成膜工艺膜形貌 FESEM 如图 1 所示。                      利于提高复合膜的水通量,而同时图 1h 中呈现较薄
                                                               层状叠加结构,单层厚度仅为 1 μm,层间距也明显
                                                               减小,说明利用液氮直接进行冷冻时,固化温度低,
                                                               降温速率快,水分子被迅速冻结,从而导致分相不
                                                               完全,使得膜达到三维多孔片层堆积的效果。
                                                               2.2    CA/CS 复合膜过滤性能研究
                                                               2.2.1    纯水通量与截留率测试
                                                                   不同制备工艺下膜的纯水通量及对酸性蓝的截
                                                               留率如图 2 所示。由图 2 可知,CA 纤维膜(FM-1)
                                                               的纯水通量很大,可作为理想的支撑层,但对酸性蓝
                                                               的截留率很低。从 FM-2~FM-4 可看出,随着冷冻温
                                                               度的降低,CA/CS 复合膜的纯水通量及截留率均呈快
                                                               速增长趋势,FM-4 在保持较高截留率的同时提高了纯
                                                                                          2
                                                                                    4
                                                               水通量,其值为 1.01×10  L/(m ·h)。这是由于酸性蓝
                                                                                           –
                                                               染料中含有大量的磺酸基(—SO 3 )通过与 CS 的静电
                                                               吸附作用达到截留效果,FM-4 复合膜内部呈现三维多
                                                               孔片层结构,孔隙率变得更高,使得在截留吸附过程
                                                               中,膜与过滤液的接触更充分。此外,在膜进行染
                                                               料过滤处理过程中,膜内部的层次结构较多,滤液可
                                                               以与复合在膜内部的活性炭有更多的接触机会,从而
                                                               进一步提高了染料的截留率。综合考虑截留率与纯水通
                                                               量提高的效果,可初步选择 FM-4 为最佳制膜工艺。




              a、c、e、g—FM-1~FM-4 膜的表面图;b、d、f、h—截面图
                   图 1    不同成膜工艺膜形貌 FESEM 照片
                 Fig. 1    FESEM images of different membranes

                 由图 1a 可知,CA 静电纺纤维直径平均为 0.5 μm,
            纤维膜孔隙率高,适合用于复合膜的基底层。图 1b
            为其纤维膜截面图,呈现疏松层状结构,厚度为
            60 μm。由 FESEM 图可知,不同干燥方式(表 1)
            对膜的形貌影响较大。由图 1c 可看出,CS 层膜表

            面出现龟裂现象,图 1d 截面图中可看出,CS 层间                         图 2    不同制备工艺下所成膜的纯水通量及对酸性蓝的截留率
            出现片层堆积结构,说明利用冷冻诱导相分离                                Fig. 2    Pure water flux and rejection of different membranes
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