Page 101 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 李 晨，等: PVC/OHA/D2EHPA 基膜增强型聚合物包容膜的制备及性能评价 ·1387·

聚合物包容膜（PIM）是将聚合物基体、萃取 化工有限公司；OHA，分析纯，天津希恩思奥普德
剂（载体）、增塑剂混合溶解在溶剂中浇铸成膜 [1-3] 。 科技有限公司；D2EHPA，分析纯，上海阿拉丁生
聚合物基体作为膜骨架主要起支撑作用，同时包裹 化科技股份有限公司；N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、
载体实现重金属离子或有机物从膜一侧传输到另一 浓硫酸、硫酸锌、硫酸镍、无水乙酸钠、乙酸，均
侧的传递 [4-6] 。增塑剂的添加能够使聚合物更柔软， 为分析纯，天津市风船化学制剂厂；去离子水，自制。
更有弹性，增强膜的化学和机械稳定性，从而提高 BT300-2J 型蠕动泵，保定兰格恒流泵有限公司；
[7]
金属离子或有机物的传输效率 ，一些萃取剂同样 TU-1810 型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪
具有增塑剂的效果 [8-10] 。PIM 不仅具备支撑液膜操 器有限公司；Nicolet iS50 傅里叶变换红外光谱仪、
作简单、萃取反萃同步运行等优点，还具有选择性 K-alpha X 射线光电子能谱仪，美国赛默飞世尔公
高、稳定性强的优势 [11] 。 司；101-2AB 型电热鼓风干燥箱，北京市永光明医
支撑液膜通过多孔支撑体束缚载体，传质过程 疗仪器厂；S4800 型场发射扫描电子显微镜，日本
中可以获得较高的传质效率，但载体流失导致其使 日立公司。
用寿命短 [12-14] 。PIM 则是在制备过程中将载体包裹 1.2 PIM 的制备
于聚合物网络中，使载体不易流失 [15] 。然而，PIM 的 按照表 1 的配方分别将固液载体和聚合物基体
高黏度导致传输效率低一直是其应用的主要障碍 [16] 。 加入装有 30 g DMAc 的三口瓶中。在 70 ℃下搅拌
目前，学者提出了许多方法寻求 PIM 稳定性与 6 h 直至溶解得到均一透明的铸膜液；静置 4 h 脱泡
传输效率之间的平衡。通过合成新型萃取剂，提高对 后，将铸膜液慢慢倾倒在玻璃板上，使用 600 μm 的
目标物质的选择性，从而提高 PIM 的传输效率 [17-19] 。 刮膜棒刮膜；再将玻璃板置于 60 ℃烘箱中 12 h 至
然而，新型萃取剂的合成过程复杂且成本高昂。通 溶剂完全挥发。将获得的透明聚合物包容膜从玻璃
过在 PIM 两侧放置电极，添加电势作为驱动力，利 板上揭下，剪成合适的尺寸待用。
用电场可以显著提高目标离子的传输效率 [20-22] 。然
而，利用电场提高 PIM 传输，两侧需要较高的工作 表 1 基膜增强型 PIM 铸膜液的组分
电压（30~70 V）；同时，将电极置于 PIM 两侧的料 Table 1 Composition of matrix enhanced PIM casting
液相和反萃相会发生电解，甚至产生有毒气体 [23] 。 solutions
铸膜液组分/%
基于此，本研究采用一种固体载体 N-羟基正辛 膜编号
PVC OHA D2EHPA
酰胺（OHA）替代部分有机萃取剂，在 PIM 制备过
M-1 61 0 39
程中将其固着于 PVC 基体内部，以期实现在减少有
机萃取剂用量的同时，利用 OHA 的萃取能力在 PIM M-2 61 10 29
中形成连贯稳定的传质路径。OHA 是一种晶体粉 M-3 61 22 17
末，具有特殊的结构 [17] 、价格低廉 [18] 、原料来源广 M-4 61 32 7
泛 [19] ，可与金属离子形成稳定螯合物 [14,20-22] 。其分 M-5 61 39 0
子结构及萃取机理如图 1 所示 [14-16] 。 注：表中百分数均为质量分数。

1.3 结构表征与性能测试
采用 SEM 表征基膜增强型 PIM 表面及断面形

貌。将样品放置在 50 ℃真空烘箱充分干燥 12 h 后
图 1 OHA 萃取金属离子机理图
Fig. 1 Mechanism of OHA extraction of metal ions 进行喷金处理。采用 FTIR、XPS 和 EDS 分析基膜
增强型 PIM 的表面官能团及化学元素组成，测试前
本文拟采用 PVC 作为基体聚合物，OHA 和二
待测样品用去离子水充分清洗后，在 50 ℃真空烘
(2-乙基己基)磷酸酯（D2EHPA）分别作为固液载体， 箱中充分干燥 12 h 后进行测试。
2+
采用溶剂蒸发法制备基膜增强型 PIM 用于 Zn 的提
1.4 基膜增强型 PIM 性能测试
取分离。此设计保留了 PIM 操作方便、萃取反萃同 2+
1.4.1 基膜增强型 PIM 对 Zn 回收效率测试
步特色的同时，减少了萃取剂的消耗。
采用锌试剂分光光度法检测料液相与反萃相中
2+
Zn 质量浓度。使用自制传质性能测试装置（图 2）
1 实验部分
对制备基膜增强型 PIM 的分离性能进行测试。测试
1.1 试剂与仪器 装置由两个腔室组成，将有效传质面积为 43.50 cm 2
PVC 粉末（平均聚合度 1030±30），东莞市瑞瑜 的基膜增强型 PIM 放置于料液腔室和反萃腔室之