第24卷第6期水处理技术Vol.24No.61998年12月TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTDec.,1998工业化生产聚砜中空纤维超滤膜工艺条件的研究潘巧明何昌生(国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心,杭州310012)摘要本文介绍以聚砜为材料,在工业化生产截留分子量为三万的中空纤维超滤膜时,各类条件对膜性能的影响。关键词聚砜,中空纤维,超滤膜,工业化生产,工艺条件随着生物工程技术在国内的发展,膜分离技术在蛋白浓缩上的应用越来越广泛。为了适应膜分离技术由纯水制备向特种分离发展的趋势。本文着重探讨了工业化生产条件对用于大豆蛋白浓缩的中空纤维膜性能的影响。1实验部分1.1原料及仪器聚砜(PS):(=0.63);聚乙二醇:上海高南化工厂;二甲基乙酰胺:上海向阳化工厂。752紫外分光光度计。卵蛋白:上海化学试剂公司。1.2制膜及膜性能评价采用L-S相转化法制膜,制得的中空纤维膜在自制的超滤器中用0.2MPa压力预压0.5h,再在0.1MPa压力下测定其纯水通量(f),并用1000mg/L的卵蛋白溶液测定其截留率(R)[1],用下式计算:产水量2·f=有效膜面积×时间(mL/cmh)透过液吸光度×R=(l-原液吸光度)100%2结果与讨论2.1溶剂的选择制膜液中的溶剂应对聚合物有强的溶解能力,而且与制膜液中的其他组成成份有好的互溶性与稳定性,这样才能形成一种适合于纺丝的制膜液。有机溶剂二甲基甲酰胺、二甲基乙酰收稿日期:1997-10-08330水处理技术第24卷第6期胺、二甲基亚砜等质子性极性溶剂对聚砜都有较强的溶解能力[2]。考虑到气候条件与价格因素,我们选用价格便宜,性能优良的二甲基乙酰胺作为主溶剂。2.2膜液浓度对膜性能的影响制膜液固含量较高时,成膜后,断面孔致密程度高,截留性能也较好。但是,过高的固含量会造成透水量偏低且制膜液脱泡困难。脱泡不完全的制膜液,易产生欠缺、疵点,截留率反而不高或不稳定。制膜液固含量较低时,成膜后膜质疏松,膜内易产生大指状孔。制膜液粘度低,成形困难,失去使用价值[3]。通过试验,我们最终确定制膜液中聚砜固含量为22%～29%。2.3添加剂的影响添加剂在整个膜形成过程中起阻溶剂与致孔剂的作用。本试验先采用聚乙二醇作为添加剂,所制得的膜对卵蛋白截留率≥94%,但其纯水通量较低,仅为30L/m2·h,没有什么使用价值。为了增加水通量,我们在制膜液中加入少量的第二添加剂A。成膜后,其截留率与单一使用聚乙二醇作添加剂相差无几,但其纯水通量大于60L/m2·h。2.4环境湿度的影响在固定制膜液配方,凝固浴温度,膜厚的条件下,改变湿度条件。湿度与水通量的关系见图1。一般认为,空气中的水分能加速膜面凝胶导致膜面孔径变大。但是,如果湿度过大,导致高分图1.环境湿度对纯水通量的影响子溶液离开喷丝头时与空气中水份接触,在其表膜面积6m2,环境温度30℃面形成凝胶层,从而影响了后面的溶剂与添加剂凝固浴温度27℃,测试压力0.1MPa。的扩散速度,导致膜表面的孔径减小。因此,同一截留率≥94%制膜液在不同温度下成膜,必须有最佳的相对湿度来协调,才能获得比较理想的膜[3]。如图1所示,在30℃的环境温度下,只要将湿度控制在70%～85%可制得满足要求的膜。2.5膜厚度对水通量的影响确保膜对卵蛋白的截留率≥94%、湿度与温度相同的前提下,膜厚度对通量的影响见图2。由图2可见,纯水通量随膜厚度的增加而逐渐减小,且环境湿度越大,这一影响更加明显。膜厚度≤160m时制得的膜有较大的水通量,有实际应用价值。当膜厚度<110m时,虽然水通量大,但对卵蛋白的截留率并不理想。因此,在制膜时应将膜厚控制在130～160m之间。中空纤维膜的壁图膜厚度对纯水通量的影响2厚受出料速度、收丝速度、中芯注水速度三膜面积7m2,测试压力0.1MPa个因素控制。大量数据统计结果表明,膜厚潘巧明等,工业化生产聚砜中空纤维超滤膜工艺条件的研究331可用下式表示:出料速度(V1)1/2膜厚(m)=0.048××(中芯注水时间)收丝速度(V2)式中V1、V2:由调速器控制的电机的电压值;中芯注水时间:中芯注水20滴的秒数。2.6凝固浴温度对纯水通量的影响在固定制膜液配方,膜厚度、湿度及截留率≥94%的情况下,改变凝固浴温度制得不同的膜,测定其纯水通量,如图3所示。凝胶介质温度高,溶剂与凝胶介质的交换速度快,在膜表面易形成大孔;同时,大分子聚合物在膜面的聚集较慢,致使膜面孔径变小,因此,水通量先随凝胶介质温度的升高而增大。但当达到