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EAA 及致孔剂PEG400 改性PVDF 膜的结构及其渗透性能
薛禹 1 , 谭妍妍 1 , 张道海 1 , 罗筑 3 , 秦舒浩 1,2,3 , 武晓 1,2,3

《精细化工》 2024年 41卷 第7期
中图分类号:TQ051.893
全文 图表 参考文献 作者 出版信息
摘要
关键词
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
1.2 PVDF/ EAA 复合膜的制备
1.3 PVDF/ EAA 复合膜的表征
1.4 PVDF/ EAA 复合膜渗透性能测试
1.5 PVDF/ EAA 复合膜抗污染性能测试
2 结果与讨论
2.1 E AA 质量分数对复合膜的影响
2.2 PE G400 质量分数对复合膜的影响
3 结论

摘要

为了调控聚偏氟乙烯(PVDF)膜的孔状结构和性能,以乙烯丙烯酸(EAA)为添加剂、PEG400 为致孔剂,通过浸入沉淀相转换法制备了PVDF/EAA 复合膜。采用SEM、FTIR 表征了其结构和成分;对复合膜的渗透性能和抗污染性能进行了测试,考察了不同EAA、PEG400 质量分数对复合膜结构和性能的影响。结果表明,与未加EAA 的PVDF 膜(E-0)相比,PVDF/EAA 复合膜表现出更高的渗透性能、分离性能和抗污染性能。EAA可以改善复合膜表面的亲水性,PEG400 可以提高铸膜液和凝固浴之间的亲和性,加快成膜速率,从而在膜表面形成更多的孔洞。当EAA 质量分数为3%,PEG400 的质量分数为4%时,PVDF/EAA 复合膜(E-3)的纯水渗透通量和牛血清白蛋白截留率分别为271.57 L/(m·h)和64.83%,比E-0 分别提高了486.42%和116.10%;通量恢复率和总污染率分别为75.97%和46.51%,比E-0 分别提升了19.37%和降低了26.92%。当EAA 的质量分数为3%,PEG400 的质量分数为3%时,PVDF/EAA 复合膜(P-3)的孔隙率为53.33%,平均孔径为4.55 nm,比未加PEG400 的PVDF/EAA 复合膜(P-0)的孔隙率和平均孔径分别提高了33.33%和88.02%。

关键词: 聚偏氟乙烯 聚乙烯丙烯酸 致孔剂 渗透性能 抗污染性能 水处理技术

膜分离技术已在气体净化 、水处理 、制药 、抗菌 和环境治理等行业展现出应用潜力。膜作为膜分离技术的核心,对其效率和实际应用具有重要影响。目前,几乎所有的用于工业过程的膜均由聚合物或无机材料制造,其中聚合物膜 由于价格低廉且易于制备,在实际应用中占据了主导地位。
聚偏氟乙烯(PVDF)膜是一种聚合物膜,不仅具有良好的机械强度、热稳定性、极好的耐候性和化学稳定性,还具有优异的介电性能和机械性能。PVDF 膜适用于各种分离、过滤和处理过程,成为工业领域中的重要膜材料之一 。然而,纯PVDF膜的疏水性导致其截留率低、水通量低和防污性差,从而限制了其进一步的发展和应用。将PVDF 与亲水材料混合可以改善PVDF 膜的性能 ,其中,最简单的构建PVDF 混合基质膜的方法是将PVDF 与亲水性较高的材料混合,如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙烯丙烯酸(EAA)等。该法可以有效增加膜的亲水性,改善其水渗透通量和防污性能。LYU 等 通过聚氨酯与PVDF 直接共混改性,制备出聚氨酯/PVDF 复合膜,改善了PVDF 膜的亲水性和抗污性。乐茜蓉等 制备了 GO/TiO 2 /PVDF 复合超滤膜,表现出良好的亲水性和抗污性能。
EAA 是一种热塑性树脂,具有超高的机械性能、优良的附着力和易加工性,已广泛应用在黏合剂、密封材料、水性溶剂等方面 。由于EAA 中的丙烯酸含有大量的羧基,因此表现出轻微的亲水性 。周晓吉等 通过添加EAA 和PVP 对PVDF膜进行共混改性,结果表明,在一定程度上,EAA的添加可以改善膜的亲水性和疏油性,并且增强膜的抗污染能力。然而,目前对于EAA 作为PVDF添加剂的研究还很少,尤其是在膜分离应用方面的研究还十分有限。此外,不同EAA 添加量的考察也还不够充分,特别是在改善材料物理和化学性能方面,还需要进一步探索。不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)对膜分离性能有不同的影响,通常较低相对分子质量的PEG 可以增加膜的通透性,提高分离效率,但同时也可能使得膜对较大分子的阻隔能力降低;而较高相对分子质量的PEG 则通常可以提升膜的分离能力。
因此,本研究拟采用EAA 为亲水改性添加剂、PEG400 为致孔剂,考察不同添加量的 EAA 和PEG400 对复合膜的微观结构、渗透性能和抗污染性能的影响。旨在为膜材料的开发和应用提供有益的指导,明确添加剂和致孔剂的作用机制,进而推动膜分离技术的进一步发展和应用。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

PVDF(6020),工业级,美国SOLVAY 公司;EAA(5980I),工业级,美国Dow Chemical 公司;PEG400,化学纯,国药集团化学试剂有限公司; N , N -二甲基乙酰胺(DMAc),德国巴斯夫化学公司;牛血清白蛋白(BSA),分析纯,上海阿拉丁生化科技股有限公司;聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布,上海天略纺织新材料有限公司;去离子水,自制。
NDJ-5S 型旋转黏度计,上海昌吉地质仪器有限公司;Quanta250FEG 型场发射扫描电子显微镜(SEM),美国FEI 公司;Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),美国Nicolet 公司;DSA25S型接触角测试仪,德国KRUSS 公司;752G 型紫外-可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司。

1.2 PVDF/ EAA 复合膜的制备

采用浸入式沉淀相转换法制备PVDF/EAA 复合膜。首先,将PVDF 和一定添加量的EAA 溶解于DMAc 中,加入一定量的致孔剂PEG400,在70 ℃下以1000 r/min 的转速连续机械搅拌8 h,制备铸膜液,保持70 ℃静置16 h 以消除气泡。之后用胶带将PET 无纺布(厚度150 μm)从背面固定在玻璃板上,倾倒铸膜液在PET 无纺布上,并使用铸造刀在其表面刮出厚度为400 μm 的膜,之后,立即将玻璃板整体浸入含水的30 ℃凝固浴中,凝胶化30 min后,将膜转移到去离子水中,浸泡48 h 以去除残留的溶剂,制备得到厚度约为100 μm 的PVDF/EAA复合膜,在4 ℃的去离子水中保存,然后进行下一步实验,具体配方如 表1 所示。
表1 不同膜的铸膜液配方

1.3 PVDF/ EAA 复合膜的表征

铸膜液黏度测定:采用旋转黏度计对铸膜液的黏度进行测试。将未降温的(70 ℃)铸膜液进行真空脱泡,迅速将铸膜液倒入10 mL 量杯中,之后将旋转黏度计的金属转子伸入量杯中,在铸膜液中自由旋转,保持25 ℃,每个样品测试3 次并取其算数平均值。SEM 测试:对复合膜的表面和断面微观结构进行测试,首先,在35 ℃下将复合膜置于鼓风干燥箱中干燥24 h;随后,将复合膜剪成合适大小,并用导电胶黏贴在圆盘表面制样,断面在测试之前需要将复合膜用液氮进行脆断,选择断面略平整的位置黏贴在圆盘上;然后,将圆盘放于粒子溅射仪中,使用粒子溅射仪喷金2 次,每次60 s;完成喷金后,将圆盘置于SEM 中,观察复合膜的微观形貌。FTIR 测试:使用傅里叶变换红外光谱仪对复合膜表面的特征化学结构进行分析,先将复合膜放入35 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h;之后将复合膜剪为片状,进行FTIR 测试。接触角测试:采用接触角测试仪对复合膜的水接触角进行测试,先将复合膜样品在35 ℃下干燥24 h,将复合膜裁剪为合适大小,并用双面胶固定于载玻片上,对每个复合膜至少选取3 个不同的位置进行测试,测试时间均为1 min,最后取算数平均值。孔隙率测定:通过湿膜和干膜的质量差来测量,首先,将PVDF/EAA 复合膜用干净的剪刀剪成2 cm×2 cm 正方形样品,并测量剪下的样品的厚度;接着,将膜浸泡在去离子水中至少12 h,以确保彻底湿润;然后,用滤纸将样品膜表面的水擦干,称量样品膜的质量;最后,将膜放在60 ℃的真空干燥箱中干燥,使水从膜孔中蒸发出来,直到质量不再发生变化为止,称量干燥后的样品膜质量 。采用式(1)计算样品膜的孔隙率:
式中: η 为膜的孔隙率,%; m w 为湿润的膜质量,g; m d 为干燥的膜质量,g; S 为样品膜面积,4 cm 2 δ 为样品膜厚度,cm; ρ 为去离子水的密度,1.0 g/cm 3
使用Guerout-Elford-Ferry 方程〔式(2)〕来计算复合膜的平均孔径:
式中: K m 为膜的平均孔径,nm; β 为纯水在25 ℃时的黏度,0.89 mPa·s; n 为膜厚度,cm; L 为膜面积,cm 2 J 0 为膜的纯水通量,L/(m 2 ·h);Δ M 为跨膜压力,0.1 MPa

1.4 PVDF/ EAA 复合膜渗透性能测试

采用自制改良的渗透通量测试装置 图1 )对复合膜纯水渗透通量进行测试。
图1 渗透性能测试设备的示意图
在25 ℃、0.15 MPa 下对复合膜进行渗透性能测试。将去离子水作为进料液,测试时,先将复合膜在0.15 MPa 下预压30 min;随后,在0.1 MPa 下对复合膜进行15 min 的过滤测试,并记录平均测量值,按式(3)计算纯水渗透通量:
式中: J w 为纯水渗透通量,L/(m 2 ·h); V 为过滤液水的体积,L; A 为过滤膜有效过滤面积,m 2 t 为过滤时间,h。
使用质量浓度为1.0 g/L 的BSA 水溶液作为膜截留率测试的进料液,测试条件与纯水渗透通量测试一致,并收集渗透过程中15 min 内的BSA 过滤液,通过紫外-可见分光光度计在280 nm 波长下测定进料液与过滤液中BSA 的吸光度,并分别计算BSA 的质量浓度,得到吸光度( y )与BSA 质量浓度( x )的标准曲线方程为 y =6.251×10 -3 x +1.3253×10 -2 R 2 =0.9996)。BSA 截留率及BSA 溶液渗透通量按式(4)和(5)进行计算:
式中: R 为BSA 截留率,%; ρ 0 ρ 1 分别为进料液和过滤液中BSA 的质量浓度,mg/L; J BSA 为BSA渗透通量,L/(m 2 ·h); V 为BSA 过滤液体积,L; A 为过滤膜有效过滤面积,m 2 t 为过滤时间,h。

1.5 PVDF/ EAA 复合膜抗污染性能测试

采用自制的渗透通量测试装置对复合膜抗污染性能进行测试。复合膜进行纯水测试及BSA 溶液截留率测试后,将复合膜通过超声清洗仪在常温下超声10 min 以去除污染,再重新测试复合膜的纯水渗透通量,通过式(6)~(10)计算通量恢复率、总污染率、可逆污染率和不可逆污染率。
式中: J w1 为经过滤BSA 后重新测得的纯水渗透通量,L/(m 2 ·h); V 为过滤液体积,L; A 为过滤膜有效过滤面积,m 2 t 为过滤时间,h;FRR 为通量恢复率,%;DR t 为总污染率,%;DR r 为可逆污染率,%;DR ir 为不可逆污染率,%。

2 结果与讨论

2.1 E AA 质量分数对复合膜的影响

2.1.1 黏度分析
图2 为EAA 质量分数对PVDF/EAA 铸膜液黏度的影响。
图2 EAA 质量分数对PVDF/EAA 铸膜液黏度的影响
图2 可见,随着EAA 质量分数的增加,PVDF/EAA 铸膜液体系的黏度逐渐增大,其中EAA质量分数为4%时,铸膜液的黏度达到37266 mPa·s,这是因为,PVDF 与EAA 链段相容性增加,链缠绕加剧,进而整个体系黏度增加。当EAA 质量分数进一步增加到6%和8%时,铸膜液的黏度分别达到了62133 和86600 mPa·s,比EAA 质量分数为4%时铸膜液的黏度明显增加,显示出异常高的黏度。这可能是由于EAA 的质量分数过高导致分子间通过氢键作用形成了高相对分子质量的聚集体结构;另一方面,部分EAA 和PVDF 产生了团聚,影响了聚合物链段之间的链缠绕,进一步加剧了PVDF/EAA 铸膜液的黏度。
2.1.2 SEM 分析
图3 是E-0~E-8 复合膜的表面SEM 图。
图3 不同PVDF/EAA 复合膜的表面SEM 图
图3 可见,未加EAA 的PVDF 膜表面较为紧实,膜表面有一层致密的皮层,孔数量较少,而且伴随着细细的褶皱( 图3 a)。相比之下,添加EAA后,膜的表面具有明显的孔状结构,随着EAA 质量分数的增加,孔的数量逐渐增多,孔径逐渐变大( 图3 b、c),尤其是E-3( 图3 c)的孔径明显较大,约为4 μm,之后随着EAA 质量分数的继续增加,膜的孔径又开始变小( 图3 d~f),其中E-8( 图3 f)出现了之前从未出现的球状结构,这可能与上述黏度过高的原因一样,膜表面形成的缺陷影响了膜的结构,从而造成了孔的堵塞。在成膜过程中,铸膜液的成膜速率与溶剂在凝固浴的扩散有关 ,扩散速率越快,成膜效果越明显,EAA 增加了铸膜液的黏度,降低了溶剂与非溶剂交换的速率和运动能力,导致扩散较平稳,从而减少了褶皱结构。在凝固浴中,EAA 具有微弱的亲水性,其与PVDF 基质之间在相转化的过程中改变了DMAc 和凝固浴的扩散速率,加快了溶剂与非溶剂的双向扩散,形成了更多的孔状结构。但EAA 质量分数过大导致了新结构的形成,在膜表面形成了团聚。
图4 为E-0~E-8 复合膜的截面SEM 图。
图4 不同PVDF/EAA 复合膜的截面SEM 图
图4 可以看到典型的指状结构。未添加EAA时,膜产生的指状结构较小且单一( 图4 a),随着EAA 质量分数的增加,膜内部开始出现较大的孔,并且这些孔之间开始相互贯通( 图4 b~d)。随着EAA质量分数的进一步增加,孔径逐渐变成单一的尺寸( 图4 e)。然而,在EAA 质量分数达到一定程度时,膜表面的EAA 开始出现团聚现象( 图4 f),在膜表面形成缺陷。
以上结果说明,EAA 的添加会显著改变复合膜的表面形貌和内部结构,具体表现为膜表面的褶皱消失,内部孔道增多,孔径逐渐变大,最终形成相互贯通的孔状结构。
2.1.3 FTIR 和水接触角分析
图5 为E-0~E-8 复合膜的FTIR 谱图和水接触角测试结果。从 图5 a 可见,在波数为1723 和1241 cm -1 处出现了明显的吸收峰,对应C==O 键的伸缩振动,表明膜含有丰富的羰基,添加EAA 之后,膜中C==O键的伸缩振动吸收峰强度比纯PVDF 膜中的略强,表明PVDF/EAA 膜中羰基略多。在1123 cm -1 处出现了一个明显的吸收峰,对应C—F 键的伸缩振动,这是PVDF 中C—F 键的对称伸缩振动,表明EAA成功均匀地混合在PVDF 膜中。从 图5 b 可知,不同PVDF/EAA 复合膜的水接触角均<90°,表明其均是亲水的。随着EAA 质量分数的增加,复合膜的水接触角呈先下降后缓慢上升的趋势,特别是E-3 膜具有最低的水接触角(69.5°)。这是因为,EAA 具有亲水性,其加入提高了复合膜的亲水性;但EAA 添加过多,会产生团聚,导致其在膜内分布不均匀,从而使亲水性变差,增大了膜的水接触角。
图5 不同PVDF/EAA 复合膜的FTIR 谱图(a)和水接触角(b)
2.1.4 渗透性能以及抗污染性能分析
图6 为E-0~E-8 复合膜的渗透性能以及抗污染性能测试结果。
图6 不同PVDF/EAA 复合膜的渗透性能(a)和抗污染性能(b)
图6 a 的渗透性能测试结果可见,加入EAA复合膜的纯水渗透通量和BSA 截留率有了明显的提高,随着EAA 质量分数的增加,复合膜的纯水渗透通量逐渐上升,其中,纯PVDF 膜(E-0)的纯水渗透通量为46.31 L/(m 2 ·h),E-3 和E-8 分别达到271.57 和423.15 L/(m 2 ·h),比纯PVDF 膜分别提高了486.42%和813.73%。而随着EAA 质量分数的增加,复合膜的BSA 截留率却呈先急剧上升后缓慢降低的趋势,其中,纯PVDF 膜(E-0)的BSA 截留率为30.00%,E-3 和E-8 分别为64.83%和48.79%,比纯PVDF 膜分别提高了 116.10%和62.63%。这是因为,一方面,EAA 改善了膜表面亲水性,增加了其纯水渗透通量;另一方面,根据SEM 图,添加EAA 复合膜的孔径较大且孔之间贯通,而膜的纯水渗透通量和BSA 截留率与膜的亲水性和孔径有很大关系,超滤膜的孔径可能会变大或孔径分布范围增宽,导致BSA 颗粒更容易通过膜孔,从而降低截留率。而E-8 的BSA 截留率明显变小,这是因为,随着EAA 质量分数的升高,EAA 颗粒的沉积可能会增加,在超滤膜表面形成颗粒层,阻碍BSA 颗粒与膜孔径的交互作用,导致截留率下降。
图6 b 为PVDF/EAA 复合膜抗污染性能。可以看出,纯PVDF 的通量恢复率和总污染率分别为63.64%和63.64%,E-3 的通量恢复率和总污染率分别为75.97%和46.51%,通量恢复率相对于纯PVDF膜提升了19.37%,总污染率相对于纯PVDF 膜降低了26.92%;而E-8 的通量恢复率和总污染率分别为69.65%和52.24%,通量恢复率相对于纯PVDF 膜提升了 9.44%,总污染率相对于纯 PVDF 膜降低了17.91%。总之,加入EAA 后,膜的总污染率下降,通量恢复率有所上升,而可逆污染率和不可逆污染率未有明显变化,所有含EAA 复合膜的抗污染性能均大于纯PVDF 膜的抗污染性能。这可能是因为PVDF 与EAA 之间的相互作用,EAA 的添加改善了PVDF/EAA 复合膜的亲水性,也进一步改善了复合膜整体的抗污染性能。

2.2 PE G400 质量分数对复合膜的影响

2.2.1 SEM 分析
图7 为P-0~P-5 的表面SEM 图。
图7 不同PEG400 质量分数的PVDF/EAA 复合膜的表面SEM 图
图7 可见,P-0 表面出现了分散的小孔( 图7 a),整体呈现较为紧实的结构,相比之下,P-1 膜的形态发生了变化( 图7 b),膜表面孔数量增多,孔径增加,这是因为,PEG400 作为致孔剂发挥了作用,随着PEG400 质量分数的增加,膜表面的孔数量继续增多,孔径继续变大( 图7 c、d),同时出现了少量的褶皱结构,褶皱结构会增加膜的表面积,使表面形态粗糙,从而提高水的渗透性 。此外,在铸膜液内部PVDF 疏水端与PEG400 疏水性高分子长链相互作用,会减少聚合物分子间的相互作用,提高整个体系的扩散速率,促进膜表面孔状结构的形成以及厚实皮层的减薄 。在P-4 表面可以观察到更均匀、密集的孔状结构以及更明显的网状褶皱结构( 图7 e),这与PEG400 质量分数的增加有关。但随着PEG400 质量分数的进一步增加( 图7 f),膜表面出现了新的结构,而孔状结构变稀疏,这可能是因为,PEG400 的过量加入对原有体系造成了一定的冲击,会在膜表面形成缺陷。
2.2.2 水接触角和平均孔径、孔隙率分析
图8 为P-0~P-5 的水接触角和平均孔径、孔隙率测试结果。
图8 不同PEG400 质量分数的PVDF/EAA 复合膜水接触角(a)、平均孔径及孔隙率(b)
图8 a 可以看出,随着PEG400 质量分数的增加,复合膜的水接触角逐渐降低,表明复合膜的亲水性和PEG400 的质量分数呈现正相关,这是因为,PEG400 侧链上有—OH 和—H,作为亲水端及能与水形成氢键,从而提高复合膜的亲水性。
图8 b 可以看出,随着PEG400 质量分数的增加,复合膜的平均孔径和孔隙率明显升高,对比来看,P-3 和P-5 的平均孔径分别为4.55 和5.46 nm,比P-0 的平均孔径(2.42 nm)分别提升了88.02%和125.62%;P-3 和 P-5 的孔隙率分别为 53.33%和60.00%,比P-0 的孔隙率(40.00%)分别提升了33.33%和50.00%。这是因为,PEG400 作为致孔剂,加剧了PVDF 和EAA 分子之间的相互作用,促进了溶剂向非溶剂的扩散,提高了指状孔结构的形成速率,降低了皮层的厚度,促使孔径和孔隙率增大 [18-19]
2.2.3 渗透性能以及抗污染性能分析
图9 为P-0~P-5 复合膜的渗透性能以及抗污染性能测试结果。
图9 不同PEG400 质量分数的PVDF/EAA 复合膜渗透性能(a)和抗污染性能(b)
图9 a 可以看出,随着PEG400 质量分数的增加,复合膜的纯水渗透通量呈上升趋势,BSA 截留率呈先急剧上升后缓慢降低的趋势。从纯水渗透通量上看,P-3 和P-5 分别为157.89 和271.57 L/(m 2 ·h),比未添加PEG400 的P-0〔35.79 L/(m 2 ·h)〕分别提高了341.16%和658.79%;从BSA 截留率上看,P-3和P-5 分别为77.47%和66.73%,比P-0(42.54%)分别提高了82.11%和56.86%。这是因为,PEG400是亲水性的,在膜形成过程中,其提高了铸膜液和凝固浴之间的亲和性,导致溶剂和非溶剂扩散速率加快,提高了成膜速率,同时PEG400 很容易从表面脱离,从而在膜表面形成更多的孔洞,这对应了膜的纯水渗透通量提高 ;另一方面,过多的PEG400 使膜的孔洞变大,即P-4 和P-5 的BSA 截留率比P-3 变小。
图9 b 可以看出,随着PEG400 质量分数的增加,复合膜的总污染率和不可逆污染率总体下降,通量恢复率有所上升,而可逆污染率未有明显变化。从数据上看,P-3 的通量恢复率、总污染率和不可逆污染率分别为68.00%、44.00%和32.08%,相对于P-0 的 47.06%、64.71%和 52.94%,分别提升了44.50%、-32.00%和-39.40%;P-5 的通量恢复率、总污染率和不可逆污染率分别为75.97%、36.43%和24.03%,相对于P-0 分别提升了61.43%、-43.67%和-54.61%。这可能和PVDF 与PEG400 之间的相互作用有关,PEG400 的添加使PVDF/EAA 复合膜表面变得更具亲水性,不再吸附过多的疏水性污染物质,在一定程度上减少了膜污染,改善了复合膜的抗污染性能。
将本文制备的PVDF/EAA 复合膜的性能与不同添加剂的其他膜性能进行了比较,结果见 表2 。结果表明,本文制备的膜具有理想的纯水渗透通量、BSA截留率和通量恢复率。
表2 不同复合膜的性能比较

3 结论

通过浸入沉淀相转换法制备了PVDF/EAA 复合膜,考察了不同的EAA 和致孔剂PEG400 质量分数对复合膜性能的影响。结论如下:
(1)与纯PVDF 膜相比,PVDF/EAA 复合膜表现出更高的渗透性能、分离性能和抗污染性能。EAA的添加改善了膜表面的亲水性,可以提升复合膜的纯水渗透通量、孔隙率、BSA 截留率和抗污染性能。E-3 纯水渗透通量达到了271.57 L/(m 2 ·h),BSA 截留率为64.83%,比纯PVDF 膜分别提高了486.42%和116.10%;而E-3 的通量恢复率和总污染率分别为75.97%和46.51%,相对于纯PVDF 膜提升了19.37%和降低了26.92%。EAA 的添加可以提升复合膜的纯水渗透通量、孔隙率、BSA 截留率和抗污染性能。
(2)PEG400 的加入提高了铸膜液和凝固浴之间的亲和性,导致溶剂和非溶剂扩散速率加快,提高了成膜速率,从而在膜表面形成更多的孔洞,在纯水渗透通量、BSA 截留率和通量恢复率方面表现良好,对BSA 的截留率较高,通量恢复率也较高,表明基膜具有良好的分离性能和清洗效果。其中,P-3 的孔隙率为53.33%,平均孔径为4.55 nm,相对于未加 PEG400 的 P-0 分别提高了约 33.33%和88.02% ; 而 P-3 的纯水渗透通量达到了157.89 L/(m 2 ·h),相对于P-0 提高了341.16%,BSA截留率达到了77.47%,相对于P-0 提高了约82.11%。这表明致孔剂PEG400 的添加可以改变复合膜的孔隙率和孔径大小,从而提升复合膜的纯水渗透通量、BSA 截留率和抗污染性能。
此外,相对于其他PVDF 膜、改性膜和共混膜来说,本研究制备的PVDF/EAA 复合膜在纯水渗透通量、截留率和通量恢复率方面表现良好,对BSA的截留率较高,通量恢复率也较高,表明基膜具有良好的分离性能和清洗效果,其作为一种潜在候选材料,为膜分离技术提供了新的发展途径。未来的研究可以尝试对PVDF/EAA 复合膜进行表面改性,以进一步提高其渗透性能、分离能力和抗污染能力,从而开发出高性能的复合纳滤膜。