论文总字数：17370字

摘 要

本文介绍了聚苯砜（PPSU）膜的制备及其各项性能表征。采用了传统的相转化法（NIPS）制备了PPSU平板膜，考察了聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、氧化石墨烯（GO）等不同添加剂对膜性能的影响。同时也考察了添加剂的用量、分子量和液膜在空气中的停留时间对膜性能的影响。

对PPSU膜进行了纯水通量、电子扫描显微镜（SEM）、接触角测试、葡聚糖截留率、膜机械强度等一系列表征。通过SEM发现PPSU膜是有着致密的表层及多孔结构的典型的非对称性结构。当PPSU的质量浓度为20%、PEG质量浓度为10%、NMP质量浓度为70%时膜的通量为202 L·m^-2·h^-1·bar^-1，截留分子量为42000 Da，拉伸强度为2.3 MPa。当PPSU的质量浓度为20%、PVP质量浓度为5%、NMP质量浓度为74%、GO质量浓度为1%时膜的通量为22 L·m^-2·h^-1·bar^-1，截留分子量为3703 Da，拉伸强度为3.1 MPa。

关键词：聚苯砜膜（PPSU） 聚乙二醇（PEG） 聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 氧化石墨烯（GO）

Influence of additives for the property and structure of polyphenylsulfone membrane

Abstract

This paper introduces the preparation of PPSU film and shows its representation results. We put different concentration of PPSU in NMP and add different concentration and molecular weight of PEG, GO, PVP, etc in Phase inversion method. different additives cause changes in film property so we can see the better change from certain additive and change the additive concentration, molecular weight and exposed time in air to study the film’s different properties.

At first, we make representations for the film. SEM can be used to present the morphological characteristics and the structure of the film. We find that the film has compact surface in a polyporous and asymmetric structure. In the test of deionized water on menbrane flux, we find that water flux varies from several to hundreds litter per hour per bar per square meter. Glucan test shows that film withheld molecular weight is about thousands to tens of thousands. From above representations, PEG is better for PPSU film than GO and PVP.

Key words: PPSU ; PEG; flux; withheld molecular weight; ultrafiltration

目录

摘 要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 聚苯砜的性质

1.2苯砜的应用领域

1.3聚苯砜在膜中的应用

1.4膜技术的发展史

1.5膜的定义及其分类

1.6膜的制备方法

1.7浸入沉淀相转化法

1.7.1浸入沉淀相转化法的相转变动力学

1.7.2浸入沉淀相转化法的成膜机理

1.8 超滤膜的简介

1.8.1 引言

1.8.2 超滤膜发展史

1.8.3 超滤技术原理

1.9添加剂的作用

1.10课题的提出

1.11 本课题研究目的和内容

1.11.1研究目的

1.11.2研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料、仪器设备及装置

2.1.1 实验原料及仪器设备

2.2 膜的制备

2.3 膜的表征

2.3.1 接触角

2.3.2 纯水通量的测定

2.3.3截留分子量测定

2.3.4 扫描电子显微镜镜分析

2.3.5拉伸强度的测定

第三章 结果与讨论

3.1引言

3.2不同添加剂对实验的影响

3.2.1实验结果

3.2.2 实验分析

3.3 PEG浓度、分子量和空气停留时间对膜的影响

3.3.1 在空气中停留时间对膜的影响

3.3.2 分子量对膜性质的影响

3.3.3 浓度对聚苯砜膜的影响

第四章 结论

参考文献

致谢

第一章 文献综述

1.1 聚苯砜的性质

聚苯砜（PPSU）是一种新型的耐高温热塑性特种高分子材料^[1]、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）相比更强的抗冲击韧性，化学稳定性和抗水解能力，其持续工作温度为180℃。在经历温度时效后仍然能保持极高的缺口冲击韧性。另外不易产生内张裂。其具有高强度，高刚度，极高韧性，高耐热不变形的能力，极高的化学稳定性，极高的抗伦琴射线及红外线的能力，可自熄灭，不含阻燃剂，低发烟率，低热膨胀系数等优点。

1.2苯砜的应用领域

聚苯砜的应用领域很广泛，其主要应用于微波炉部件，电吹风部件，气体增湿机部件，食品工业部件，泵轮，投影机部件，仪表检视盘，医疗器具部件等。聚苯砜塑料具有高抗张强度和高冲击强度^[2]。而且聚苯砜对苯二甲酰胺(PSA)纤维在防护领域也具有广泛的应用^[3]。聚苯砜具有熔融纺丝的潜力，可以制得到热稳定性好、尺寸稳定性突出，具有一定机械强度的纤维^[4]。聚苯砜树脂也适用于医学应用^[5]。聚苯砜材料还可以制造燃料电池车电气动力系统中传动轴流体过滤器的外壳^[6]。

1.3聚苯砜在膜中的应用

一般的，在文献中有两种膜的类型在文献中被使用：一体剥皮的非对称膜和复合膜，在那里的不同聚合物材料的顶层粘附于多孔载体。在众多聚合物中，聚苯砜族中包括聚砜（PSF)和聚醚砜(PES)他们已经广泛的应用于膜制造。这些聚合物结合起来的热稳定性，高的强度和韧性，水解稳定性和耐环境应力开裂。这些聚合物的相对低的成本使得它们成为良好膜制造的候选。砜聚合物是由芳香族单元（亚苯基）桥接砜，亚异丙基或醚部分的非结晶热塑性塑料。在目前的工作中，聚砜系列中聚苯砜（PPSU）的第三个成员，比PSF和PES有更好的性能。在聚合物重复单元中，PES中的砜基团是最高的。这种结构使得PES成为砜聚合物中的吸水能力最高的。因此它是最亲水的砜聚合物而且它具有相对低的抗溶剂性和耐水解性这排除了在它们使用周期中清洁过程的严苛条件^[7]。

1.4膜技术的发展史

随着科学技术的不断发展，膜技术已经被广泛的应用在许多工业生产当中,被认为是20世纪末到21世纪中期最具有发展前途的高新技术之一^[8]。

1748年法国学者AbbeNoell^[9]看到水能自发地扩散到装有酒精溶液的猪膀肮内，首次发现并证实了膜的渗透现象。1861年Shcmidt首先提出超滤的概念^[10，11]。1864年Truabesll才成功制成了人类历史上第一张人造膜一亚铁氰化铜膜。1950年wjuda等^[12]试制成功第一张具有实用价值的离子交换膜。二十世纪60年代助be和osurriajna^[13]利用相转化法研制出了具有高性能的非对称醋酸纤维素反渗透膜。1968年美籍华人黎念之(NN·Li)博士研究成功具有实用价值的乳化液膜。1980年Gadotet成功制备界面聚合复合膜^[14]。

1.5膜的定义及其分类

到目前为止，膜还没有一个精确、完美的定义。一种广义的定义是“膜”为两相之间的一个不连续区间，具有选择透过性。选择透过性是膜或膜过程的固有特性。这是一个非常宏观的定义，没有涉及到膜的结构或功能。膜的分离机理有孔径筛分、溶解扩散等。膜分离过程的推动力可以是压力差、浓度差、电势差及温度差等。

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