由于醋酸纤维素造价低廉、来源广泛、亲水性好、制膜过程简单、成膜性能好等特点, 所以通常用来制备有机膜。但是CA膜存在抗压性、抗菌性能差等缺点, 较大的限制了CA膜的百富策略白菜网范围。所以选取无机纳米粒子Ti O2作为添加剂。Ti O2拥有良好的光催化效果, 能够分解有机化学物质和杀死细菌, 且纳米Ti O2添加到有机聚合膜中会增加膜强度、提高水通量、加强膜的亲水性。

醋酸纤维素, 化学纯, N, N-二甲基甲酰胺, 分析纯, N-甲基-2-吡咯烷酮, 分析纯

主要仪器与设备:

Tensor27红外光谱仪, SU-1500扫描电子显微镜, AUY-220电子分析天平, KQ-250DB数控超声波清洗器, HH-2数显恒温水浴锅, 81-2恒温磁力搅拌器。

分别称一定质量的CA及一定质量比的CA和纳米Ti O2, 于250ml烧杯中;室温下开启磁力搅拌器进行低速搅拌, 待其完全溶解后停止搅拌, 超声分散1小时后得到均匀分散的铸膜液, 静止放置进行脱泡。以流延法将铸膜液倾倒到干净的玻璃板上, 用玻璃棒刮成厚度1um左右的薄层, 用相转化法制膜, 即连同玻璃板, 将膜置于去离子水中凝胶定型。

采用日本日立公司SU-1500型号扫描电子显微镜, 来观察样品表面形貌。

把在去离子水中充分溶胀的超滤膜用吸水纸吸干, 称重m1;将膜放在阴凉通风处晾干, 再放入烘箱中烘干, 称重m2;以膜的含水量定义膜的孔隙率, 以下试计算孔隙率:

水通量即纯水透过率, 指在一定流速、温度、压力下, 单位时间, 单位膜面积超滤膜的纯水透过量。用公式计算:

式中:J为纯水透过率, L/m-2· h-1;Q为纯水透过量 (L) ;A为膜有效面积 (m2) ;t为收集纯水透过量所需的时间 (h) 。

截留率为膜截留特定溶质占溶液总特定溶质的比率。用来表征膜的分离能力。聚乙二醇与Dragendoff试剂可以生成橘红色的络合物, 用分光光度计测试溶液中的聚乙二醇含量, 将已知分子量的聚乙二醇加入水中, 使其通过复合膜, 测试过滤前后聚乙二醇溶液浓度变化, 用公式计算出截留率:

式中:Ru为截留率 (%) ;C1为原液中的聚乙二醇浓度 (mg/L) ;C2为透过液中的聚乙二醇浓度 (mg/L) 。

在扫描电镜下观察发现, 加入Ti O2对膜的结构有很大影响, (a) 中未完全溶解且表面不光滑, 其未溶解的白色颗粒可能是CA, 膜表面虽有孔形成, 但大小不一且分散不均匀, 但加入Ti O2后, 微孔数明显增多且分散较为均匀, 主要因为孔的形成主要依赖于溶剂与非溶剂之间转化, Ti O2与溶剂以及聚合物之间存在吸附和氢键的作用, 使得溶剂与非溶剂之间转换变慢, 从而孔数增多。

孔隙率越大, 膜的渗透性能越好, 水通量越高, 根据膜孔隙率的计算:加入纳米Ti O2之前, 膜的孔隙率为78.4%;加入Ti O2之后, 膜的孔隙率为81.3%。孔隙率的增加, 微孔数增多, 孔隙分布变窄, 膜的亲水性也会增强, 但是过高的Ti O2含量, 会产生严重的纳米颗粒团聚现象, 而造成膜的各项指标性能下降。

经过单膜与复合膜的对比, 在添加Ti O2后培养基醋酸纤维素/ Ti O2膜周围出现抑菌圈。这说明了CA/Ti O2复合膜有一定的杀菌效果。

结论

纳米Ti O2粒子的加入只起到了物理共混的作用, 并未发生化学反应;使膜的孔隙率提高, 膜表面微孔数增多, 有效的改善了膜的结构。当纳米Ti O2含量为2%时, 膜的性能明显得到改善, 亲水性明显增强纯水通量以及截留率都有所提高。添加后可以明显提高膜的抗菌、抗污染性能。