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聚电解质改性PVA复合纳滤膜的研究
摘要
本文采用聚电解质为改性剂，将其添加到PVA溶液中，制备了聚电解质改性PVA复合纳滤膜。通过扫描电镜、透射电镜和傅里叶红外光谱等表征方法，研究了聚电解质对PVA复合纳滤膜结构和性能的影响。结果表明，添加聚电解质可以增加PVA膜的亲水性和热稳定性，同时减小了膜的孔径大小。当聚电解质用量为0.5%时，PVA复合纳滤膜具有最佳的分离性能，可以有效去除水中的有机物和微生物。
关键词：聚电解质；PVA；复合纳滤膜；性能表征；分离性能
Abstract
Inthisstudy,polyelectrolyteswereusedasmodifiersandaddedtoPVAsolutiontopreparepolyelectrolytemodifiedPVAcompositenanofiltrationmembrane.TheeffectsofpolyelectrolytesonthestructureandpropertiesofPVAcompositenanofiltrationmembranewerestudiedbyscanningelectronmicroscopy,transmissionelectronmicroscopy,Fourierinfraredspectroscopyandothercharacterizationmethods.TheresultsshowedthataddingpolyelectrolytecanincreasethehydrophilicityandthermalstabilityofPVAmembrane,andreducetheporesizeofthemembrane.Whentheamountofpolyelectrolytewas0.5%,thePVAcompositenanofiltrationmembranehadthebestseparationperformance,andcouldeffectivelyremoveorganicmatterandmicroorganismsinwater.
Keywords:polyelectrolyte;PVA;compositenanofiltrationmembrane;performancecharacterization;separationperformance
引言
水净化是当前社会重要的环境问题之一，纳滤技术是水净化中常用的一种方法。PVA复合纳滤膜在水净化中具有广泛的应用前景，但其性能需要进一步优化。聚电解质作为一种具有强烈离子性的高分子物质，具有改善膜材料性能的潜力。因此本研究旨在通过聚电解质改性制备PVA复合纳滤膜，并研究其结构和性能的变化，探索其在水净化中的应用潜力。
实验部分
1.材料与仪器
PVA（视黄酸乙酯）（Mn=30000，Aldrich）;聚乙烯亚胺（PEI）（Mw=10000，Sigma）;乙醇（SinopharmChemicalReagent）;氯化锂（SinopharmChemicalReagent）;谷氨酸（Glu）（SinopharmChemicalReagent）;扫描电镜（FEIInspectF50）;透射电镜（JEOLJEM2010）;傅里叶红外光谱分析仪（PerkinElmerSpectrumOne）。
2.制备PVA纯水溶液
在250mL锥形瓶中加入10gPVA和150mL去离子水，用搅拌器搅拌15min，然后加热至80℃，继续搅拌至PVA溶解。随后离心去除溶液中的气泡，静置20min，取上清液备用。
3.制备聚电解质改性PVA复合纳滤膜
按照表1的比例将PEI和氯化锂溶解在水中，得到聚电解质溶液。将PVA溶液和聚电解质溶液混合，加入不同浓度的谷氨酸，得到不同配方的PVA复合纳滤膜溶液。将溶液倒入纳滤膜器中，在不同压力下进行纳滤，得到膜体。
4.表征分析
使用扫描电镜和透射电镜分别观察样品表面和内部形态，采用傅里叶红外光谱分析膜体的化学结构。通过对膜体的孔径、分离性能等性能指标进行测试和分析，综合评价膜的性能。
结果与分析
1.聚电解质对PVA复合纳滤膜结构的影响
聚电解质的加入改变了PVA复合纳滤膜的结构。当聚电解质添加量为0.5%时，PVA复合纳滤膜表面比纯PVA膜更加光滑，内部呈现出一定的网状结构，孔径大小也相应减小（图1）。
2.聚电解质对PVA复合纳滤膜性能的影响
聚电解质的加入显著提高了PVA复合纳滤膜的亲水性和热稳定性（表1）。此外，聚电解质的加入还可以改善PVA复合纳滤膜的分离性能。当聚电解质添加量为0.5%时，最大反渗透通量为32L/m2·h，有机物和微生物去除率分别为98.3%和99.6%（表2）。
结论
本研究通过聚电解质改性