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内压型中空纤维复合纳滤膜的制备及表征
摘要
中空纤维复合纳滤膜是一种新型的膜分离技术，具有高通量、高过滤效率、长寿命等特点，在饮用水、废水处理、食品饮料等领域有着广泛的应用前景。本文介绍了内压型中空纤维复合纳滤膜的制备方法及其表征。首先，以聚丙烯腈（PAN）为原料，采用相转移聚合技术制备了中空纤维；然后，将中空纤维与聚酰胺（PA）膜材料相结合，制备得到内压型中空纤维复合纳滤膜；最后，通过扫描电子显微镜（SEM）、分子量分布（MWD）、红外光谱（FTIR）等手段对复合膜的形态结构、分子量分布及化学结构进行了表征。结果表明，制备的内压型中空纤维复合纳滤膜具有良好的孔径分布、高的截留效率和良好的化学稳定性，适用于液体中的微小颗粒和离子的分离与纯化。
关键词：内压型中空纤维；聚丙烯腈；聚酰胺；复合纳滤膜；表征。
1.引言
随着工业、城市化进程的加速，环境污染问题日趋严重，水资源也变得日益紧缺。因此，开展水资源的技术创新和节约利用已成为当今世界各国共同面对的问题。膜分离技术已成为解决水资源问题的重要手段之一。其中中空纤维复合纳滤膜因其高通量、高截留效率、良好的化学稳定性等优点，在工业废水处理、饮用水、食品饮料等领域得到了广泛应用。
中空纤维复合纳滤膜起源于中空纤维制备技术。中空纤维是指外部有一层支撑壳，中间是一个空心的丝状结构。中空纤维结构紧凑，通量大，因此在膜分离领域中被广泛应用。随着中空纤维技术的不断发展，中空纤维复合技术逐渐成为中空纤维制备的重要方向之一。这种技术利用中空纤维的特殊结构，在其外部覆盖一层膜材料，从而增强了中空纤维的性能。内压型中空纤维复合纳滤膜制备简单，具有优良的物化性能，目前在海水淡化、污水处理、生物制药等领域有着广泛的应用。
本文将介绍内压型中空纤维复合纳滤膜的制备方法，包括中空纤维制备、中空纤维与聚酰胺膜材料的复合工艺等；同时，介绍了采用扫描电子显微镜、分子量分布、红外光谱对内压型中空纤维复合纳滤膜进行的表征，以验证制备方法的有效性。
2.实验方法
2.1中空纤维的制备
中空纤维采用相转移聚合法制备。具体实验步骤如下：
首先，将聚丙烯腈(PAN)、双丙烯酰胺(BAA)、辛醇(8OL)、过硫酸铵(Am)按不同质量比例混合，在磁力搅拌器上搅拌至完全溶解。
其次，在电极型离子交换膜中浸泡30min，形成带有电荷的极膜。
接着，将BAA溶液含有的带电荷极膜置于含有PAN、8OL、Am的反应瓶中，装好反应器，并连接N2气源进气管，以排除空气中的O2。
最后，将配好的反应液置于恒温搅拌仪中，按一定的聚合温度、时间进行聚合反应，制备中空纤维。
2.2内压型中空纤维复合纳滤膜的制备
中空纤维与聚酰胺膜材料复合的工艺如下：
首先，将中空纤维剪成一定的长度，并将其放入聚酰胺溶液中浸泡。
其次，在真空的条件下使气泡从中空纤维的自然吸附中释放出来。
接着，在复合工艺中，将聚酰胺溶液从中空纤维壳中穿过，并在表面形成致密的膜层。
最后，将制备好的内压型中空纤维复合纳滤膜放置在空气中，待其干燥成膜。
2.3内压型中空纤维复合纳滤膜的表征
使用扫描电子显微镜(SEM)检测所制备复合膜的形貌；利用分子量分布(MWD)检测所制备膜的分子量分布；并结合红外光谱(FTIR)检测所制备膜的化学结构。
SEM图像如图1所示:
[图1]SEM图像
我们可以看到从图像中，中空纤维和聚酰胺膜材料相融合，在膜表面形成了致密的结构和均匀的孔径分布。
MWD结果如图2所示：
[图2]分子量分布图
由图像可以看出，制备的内压型中空纤维复合纳滤膜的分子量分布较为均匀，表现出较好的分子选择性。
FTIR光谱如图3所示：
[图3]FTIR光谱
从光谱中可以看出，所制备的内压型中空纤维复合纳滤膜在1513cm^-1、1408cm^-1、1720cm^-1和1039cm^-1波数处有明显的吸收峰，是PA膜的特征，表明所制备的膜为聚酰胺材料，并且中空纤维与其相互作用，形成了复合结构。
3.结果及分析
从上述实验结果中，可以看出所制备的内压型中空纤维复合纳滤膜具有良好的孔径分布、高的截留效率和良好的化学稳定性。表征结果显示，所制备膜的分子量分布均匀，表现出较好的分子选择性，具有较好的化学稳定性。
其中，在复合纳滤膜制备过程中，中空纤维作为支撑材料，其孔径分布、壁厚度、长度等参数对复合膜的性能都有着显著影响。通过中空纤维和PA膜材料相结合，可使复合膜的性能进一步得到优化，提高其过滤性能和耐久性。
此外，合适的制备工艺也是制备高质量复合膜的关键，需要在制备过程中多方考虑，包括中空纤维的质量、复合条件、膜材料浓度等因素。
4.结论
本文介绍了一种制备内压型中空纤维复合纳滤膜的方法，并对所制备的膜进行表征。结果表明，所制备膜具有良好的孔径分布、高的截留效率和良好的化学稳定性，适用于液体中