Page 216 - 《精细化工》2023年第8期

·1830· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

于进行过滤吸附。随着 CS 涂覆量的增加，CS/PLA 吸附率随之增加，这与图 4 的结果相符合，说明致
复合膜纯水通量整体呈现不断降低的趋势，结合图 密的阻隔层对目标物的吸附分离起着关键作用。当
1c1~e1 说明，随着复合膜中 CS 层的致密性和厚度 CS 与 PLA 体积比 为 7 ∶ 5 时， 渗 透 通量为
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的增加，对水通过的阻碍作用变大，使得纯水通量 99.43 L/(m ·h)，吸附率为 96%，此时复合膜对染料
逐渐减小。当 CS 与 PLA 体积比为 7∶5 时，复合膜 的吸附量约为 160 mg/g。对于本实验，膜对酸性蓝
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纯水通量为 115.32 L/(m ·h)，而继续提高 CS 涂覆量 染料的吸附机理主要在于 CS 分子链中大量游离的
至 CS 与 PLA 体积比为 9∶5 时，复合膜纯水通量仅 氨基（—NH 2 ）与酸性染料中的磺酸根负离子（—
–
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为 17.09 L/(m ·h)，此时 CS/PLA 复合膜的过滤通量 SO 3 ）间的键合作用 [24] 。当 CS 与 PLA 体积比为 9∶
太低不利于实际应用。 5 时，吸附率略微增加，而渗透通量大幅度下降，
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2.4 复合膜对酸性染料的吸附性能 低于 17 L/(m ·h)，吸附效率大幅度下降。当 CS 与
在 200 mL 起始质量浓度为 100 mg/L(pH=7)的 PLA 体积比为 7∶5 时，在保持较高吸附率的同时，
酸性染料（酸性蓝 80）溶液中加入 0.12 g 不同 仍具有良好的渗透通量，说明此时支撑层的孔结构
CS/PLA 体积比的复合膜，于温度 25 ℃下进行 均匀、连通性好，且表层致密，具有良好的阻隔性。
30 min 的吸附实验，考察不同 CS/PLA 体积比对复 酸性染料在通过膜表层时被大量吸附，从而有效减
合膜性能的影响，结果见图 5。 少了支撑层内部孔的堵塞情况。除此之外，支撑层
的高孔隙率在改善膜的通量上起到至关重要的作

用。与 ZHANG 等 [25] 报道的松散结构的纳米纤维复
合膜对刚果红、甲基蓝等染料吸附率为 94%相比，
本文制备的 CS/PLA 复合膜的吸附率略高。根据对
不同 CS 用量复合膜的染料吸附率、渗透量和形貌
分析，最终确定 CS 与 PLA 体积比 7∶5 为最佳制备
工艺，并将该膜用于后续测试表征。
2.5 复合膜对蛋白质的吸附性能
在 200 mL 起始质量浓度均为 1 g/L 的卵清蛋白
和牛血清蛋白溶液（pH=7）中，加入 0.12 g CS/PLA
复合膜，在温度 25 ℃下进行 45 min 吸附实验，结
果见图 6。
图 6a 显示，复合膜对牛血清蛋白和卵清蛋白吸
附过程主要分为两个部分。在开始吸附的 15 min 内，
滤液中牛血清蛋白和卵清蛋白的质量浓度快速下
降，且牛血清蛋白的下降速度大于卵清蛋白；吸附
15 min 后，蛋白质量浓度变化逐渐变慢。可看出，
卵清蛋白的质量浓度减小速率和吸附量（图 6b）均
比牛血清蛋白略低。这主要是因为，牛血清蛋白的
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图 5 不同 CS/PLA 体积比复合膜对酸性染料的吸光度 相对分子质量（简称分子量，6.643×10 ）相比于卵
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（a）、吸附率及渗透通量（b） 清蛋白要高（4.450×10 ），分子体积大的物质更容
Fig. 5 Absorbance (a), adsorption rate and permeation flux 易被膜所吸附。40 min 后牛血清蛋白和卵清蛋白的
(b) of different CS/PLA composite membranes for 质量浓度基本保持不变，吸附达到平衡（吸附量约
acid dyes
140 mg/g），其吸附率分别为 86%和 84%。虽然本文
从图 5a 中可以看出，随着 CS 用量的增加，过 蛋白分离效果与 AMIRI 等 [26] 报道的多孔聚醚砜
滤液吸光度逐渐降低，即染料浓度降低，说明 CS （PES）膜对牛血清蛋白吸附率（90%）有一定差距，
用量增加后复合膜对溶液中染料有明显的吸附效 但是对于蛋白的初步分离仍有较高的效率。关于蛋
果。从图 5b 中发现，PLA 静电纺纤维膜对酸性染料 白的分离机理，除了分子量不同的物理筛分外，CS
的渗透通量很高，但是吸附率很低，这是由于 PLA 的—OH 易于与蛋白中的—NH 2 形成分子间氢键作
纤维膜具有疏松的层状结构，孔隙率高，这种疏松 用，也有助于提高复合膜的吸附效果 [27] 。当过滤液
多孔的结构，不利于对目标物的阻隔分离。当 CS pH 为 7 时，卵清蛋白的等电点为 4.59~4.71，牛血
用量逐渐增加时，复合膜的渗透通量逐渐降低，而 清蛋白的等电点约为 4.7，两种蛋白溶液均带负电