1。1。2 凹凸棒石的改性
凹凸棒石的比表面积大,表面活性高,易发生团聚,含有极性的羟基,与非极性有机高聚物的亲和性差,因此对凹凸棒石进行改性可提高凹凸棒石的使用效果,达到各种使用目的。改性方法通常有两种[3]:无机改性和有机改性,无机改性制备方法一般是加入无机化合物形成无机复合物,有机改性常以季铵盐阳离子表面活性剂进行改性,与表面呈负电性的凹凸棒石发生作用,形成凹土-有机表面活性剂复合体,改善了凹凸棒石的疏水性,增强吸附有机物的能力。
1。2 聚偏氟乙烯(PVDF)
聚偏氟乙烯是一种疏水性的白色结晶聚合物,聚合度达几十万,结构式为[-CF2-CH2-]n。具有耐热性好、机械性能好、抗辐射性强、化学稳定性良好等优点,是一种制备分离膜的优良材料,广泛应用于环保、食品加工、冶金、医药等领域[4~8]。PVDF因其较高的C-F键能,因而具有出色的化学热力学稳定性和力学性能,被广泛用作超滤膜和微滤膜[9~12]。近年来,PVDF膜已被成功地应用到生化、医药、食品、环保和化工等诸多领域。提高PVDF膜的亲水性能和拓宽其应用范围成为当前研究热点方向[13,14]。目前,PVDF膜的研究主要集中在PVDF膜结构的不对称结构调控、对蛋白的抗污染以及表面亲水化改性等方面。改善其性能的主要方法之一即提高PVDF膜的亲水性。随着亲水性的提高,膜的整体性能也得到提升,包括操作稳定性、渗透性以及抗污染性能。对于PVDF膜亲水性的改进主要为两个方面[15,16]:一是对膜表面的改性,如:膜表面电荷处理,膜表面化学处理,膜表面接枝,膜表面复合;二是对膜材料的改性,如:PVDF原料的化学处理,膜材料的接枝,与亲水性物质的共混,等离子体改性等。
1。3 膜和膜分离技术
膜是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相,它把流体相分隔为互不相通的两部分,并能使这两部分之间产生传质作用。膜分离现象最早可追溯到1748年Abble Nollet[17,18]发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内,由此开创了膜渗透的研究。1861年,施密特(A。 Schmidt)首先提出了超过滤的概念。上世纪50年代初,为从海水或苦咸水中获取淡水,开始了反渗透膜的研究。自上世纪60年代中期以来,膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超滤膜(UF膜)、微孔过滤膜(MF膜)和反渗透膜(RO膜),后续又开发了许多其它类型的分离膜。
膜分离技术是基于材料科学和过程科学等诸多学科交叉渗透而产生的高效分离技术。与常规分离技术相比,膜分离技术具有分离过程无相变、低能耗、无二次污染、高分离效率、经济性较好、常温下可连续操作、装置简单以及传质速度快等优点,因此膜产业已成为21世纪最有发展前途的高技术之一[19]。膜分离技术在解决当代能源、资源和环境污染问题以及可持续发展方面,作用愈益得到彰显,得到了世界各国的普遍重视[20,21]。文献综述
1。4 超滤及超滤膜的制备
人们根据超滤膜孔径分布,认为超滤过程是一种在压力差作用下和孔径大小相关的机械筛分过程,所用膜常为非对称膜,膜孔径为1-100 nm。在静压差为推动力的作用下,操作压力一般为0。1-0。4 MPa,当水在一定的压力下流过膜表面时,水中的大分子(胶体、蛋白质、微生物以及悬浮物等)被截留,作为浓缩液被收集起来;而小分子物质(例如水、无机盐等)将通过膜,作为透过物被收集起来,以此达到净化的目的。
制备超滤膜的方法主要包括L-S相转化法、共混法、物理涂覆法以及微孔膜接枝改性法等。其中,最常用的方法是L-S相转化法,也称之为溶液沉淀法或者聚合物沉淀法。该方法是由Loeb和Sourirajan[22]最早提出。其原理是配置一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。相转化法制备的高分子非对称膜具有两个特点:一是皮层与支撑层为同一种材料;二是皮层与支撑层同时制备形成。L-S法制膜大致可分为六个阶段:聚合物溶于溶剂中,加入添加剂,配成制膜液;制膜液通过流涎法制成平板型、圆管型,用纺丝法可制成中空纤维型;使膜中溶剂部分蒸发;将膜浸渍在非溶剂中(最常用的是水),液相的膜在此中凝胶固化;进行热处理,对非醋酸纤维素膜,如芳香聚酰胺膜,一般不需要热处理;膜的预压处理。六个阶段的工艺参数对膜性能和结构都有着重要的影响。