陳澤琪

(福建省泉州第五中學(xué)高三(9)班 362000)

由于植物纖維表面含有豐富的親水性羥基基團(tuán)，有良好的親水性能，但分子之間易形成氫鍵，難溶解，對(duì)植物纖維再加工直接成膜或與疏水膜材料共混得到改性膜造成困難.用溶劑法溶解纖維素易造成污染，而離子液體通過(guò)打開(kāi)植物纖維分子間和分子內(nèi)氫鍵，對(duì)纖維的溶解性能良好，污染性小，易重復(fù)回收利用，日趨受到重視.

Krishna等系統(tǒng)研究了離子液體中陰陽(yáng)離子基團(tuán)種類對(duì)纖維的溶解能力的影響：具有更高電子密度，短的烷基鏈的吸電子基陽(yáng)離子和醋酸類、甲酸類及氯類的氫鍵受體陰離子有利于纖維的溶解.Bomou等利用1-丁基-3-甲基咪唑氯化物/二甲基亞砜體系溶解竹纖維制得的中空纖維膜，具有較高的拉伸強(qiáng)度和截留率，但純水通量較低.

本文使用的BF是原竹纖維經(jīng)堿化提純后的竹漿粕，將BF粉碎至400目，用離子液體溶解來(lái)增加與高分子基體的相容性，以提高機(jī)械性能.

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.BF粉末的制備

先將竹漿粕板材剪至1 cm×1 cm的小塊，放入二次水中，常溫?cái)嚢枨逑窗胄r(shí)，過(guò)濾除雜.接著在70℃恒溫干燥箱中干燥24 h，然后將干燥后的竹纖維放入攪拌機(jī)中粉碎.用標(biāo)準(zhǔn)分子篩將400目以上竹纖維粉末篩出，未達(dá)到要求的竹纖維再次放入攪拌機(jī)中粉碎，直至達(dá)到目數(shù)要求，將最終得到的BF干燥備用.

2.IL改性PVDF/BF共混膜的制備

共混膜的制備均采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化技術(shù)來(lái)制備，具體步驟如下：

(1)PVDF/BF-IL 共混膜的制備

將一定量BF粉末加入盛有不同量的1-戊基-3-甲基咪唑氯鹽的50 mL燒瓶中，70℃攪拌4 h.按照一定比例依次加入PVDF粉末，成孔劑PVP和溶劑DMF.升溫至80℃，攪拌24 h, 得均勻鑄膜液.利用浸沒(méi)沉淀法成膜，晾干放入干燥器中備用.膜分別被標(biāo)記為M4-M6.

另制備BF為400目的PVDF/BF共混膜M1-M3 作為對(duì)照.

3. IL改性PVDF/BF共混膜表征和性能測(cè)試

(1)傅里葉表面衰減全反射紅外光譜(ATR/FTIR)表征

通過(guò)傅里葉表面衰減全反射紅外光譜(ATR/FTIR)表征膜表面化學(xué)組成.

(2)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)表征

通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)觀察膜的表面形態(tài).

(3)膜孔隙率測(cè)定

采用稱重法測(cè)試膜孔隙率.

(4)膜的機(jī)械性能測(cè)定

以膜的抗拉強(qiáng)度，楊氏模量，斷裂伸長(zhǎng)率來(lái)表征膜的機(jī)械強(qiáng)度.

(5)膜親水性測(cè)定

通常情況下，測(cè)量膜表面接觸角是表征膜表面親水性的一種有效的手段，在本章中采用測(cè)量膜表面的接觸角來(lái)探究IL改性PVDF/BF復(fù)合膜的親水性能.

(6)等溫靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

采用BSA作為模型，進(jìn)行靜態(tài)抗污染性能測(cè)試.

(7) 膜滲透通量測(cè)定

在一個(gè)死端攪拌膜過(guò)濾裝置中進(jìn)行膜滲透實(shí)驗(yàn)以測(cè)定膜的抗蛋白質(zhì)污染性能.在0.2 MPa的壓力下預(yù)壓30 min，以減少膜形態(tài)壓縮變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；然后在0.1 MPa壓力下，記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)的純水滲透通量(Jw1)，計(jì)算公式如下：

早期的貝多芬基本都在學(xué)習(xí)作曲，創(chuàng)作器樂(lè)曲，創(chuàng)作風(fēng)格基本是以海頓莫扎特的風(fēng)格為主。在維也納時(shí)期貝多芬出現(xiàn)了聽(tīng)覺(jué)障礙，但他寫下了《第一交響曲》《第二交響曲》，鋼琴協(xié)奏曲，鋼琴奏鳴曲（悲愴月光、暴風(fēng)雨在內(nèi)的20首）。創(chuàng)作風(fēng)格已顯示出自己的創(chuàng)作個(gè)性，具有朝氣蓬勃的情感，對(duì)比強(qiáng)烈的特點(diǎn)。

Jw=V/(AΔt) (1)

Jw：0.1 MPa下膜的水通量(L/m2h),V：時(shí)間內(nèi)透過(guò)膜的水的體積(L)，A：實(shí)驗(yàn)中膜的有效面積(m2)，Δt：測(cè)試的時(shí)間(h).

然后，將共混膜用1 g/L的BSA磷酸緩沖溶液在0.2 MPa預(yù)壓30 min后，在0.1 MPa下測(cè)量BSA溶液穩(wěn)態(tài)時(shí)的通量，記做Jp.測(cè)試完畢后，將膜從裝置中取出并用去離子水清洗，然后將膜放到測(cè)試裝置中再測(cè)量純水通量，記做Jw2.為了降低實(shí)驗(yàn)誤差，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次.

二、結(jié)果與討論

1.共混膜表面化學(xué)組成表征

在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)常規(guī)的ATR-FTIR探究IL改性前后PVDF膜表面的化學(xué)組成變化.PVDF/BF共混膜的典型吸收峰為1389 cm-1、(-CH2彎曲振動(dòng))、1182 cm-1(-CH2扭曲振動(dòng))、1072 cm-1(-C-F面內(nèi)搖擺振動(dòng))和879 cm-1(-CF2伸縮振動(dòng)).對(duì)比PVDF/BF膜和IL改性PVDF/BF共混膜紅外譜圖，未能觀察到明顯的差異.說(shuō)明在改性過(guò)程中，親水性的離子液體與PVDF,BF共混均勻，沒(méi)有明顯的流失.

2.共混膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)

IL共混改性對(duì)PVDF/BF共混膜的表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的影響，采用FESEM觀察改性共混膜的形貌結(jié)構(gòu).

經(jīng)400目BF共混的PVDF/BF共混膜M1-M3原PVDF膜，發(fā)現(xiàn)表面孔徑變小，斷面由胞腔狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^薄的海綿狀上層和厚的指狀孔下層組成，內(nèi)部網(wǎng)狀孔徑變小，這歸于BF粉末粒徑變小增加了與PVDF的相容性.隨著B(niǎo)F含量增加，表面開(kāi)始有小孔相連造成的大孔缺陷，說(shuō)明BF粉末粒徑變小，對(duì)二者相容性的提高是有限的.

M4-M6為PVDF/BF-IL共混膜的SEM圖，對(duì)比M1-M3，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)離子液體共混改性后的膜表面孔變得少而小，斷面海綿狀上層變薄，指狀孔層變得更厚，內(nèi)部網(wǎng)狀細(xì)孔變少，孔徑下降，這是因?yàn)殡x子液體能溶解竹纖維，粘度較大，易溶于水等性能使得在相轉(zhuǎn)化過(guò)程中，溶劑與非溶劑之間傳質(zhì)速度下降所致.另外M4表面有小孔相連造成的缺陷，歸于離子液體溶解的竹纖維較少時(shí)，粘度不足以抵消相轉(zhuǎn)化過(guò)程中離子液體與水之間溶解能力引起的微量BF向表面遷移.

由以上討論可知，經(jīng)IL共混改性，PVDF/BF共混膜的表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的改變，這為下面的性能測(cè)試提供一定的相關(guān)依據(jù).

3.共混膜孔隙率測(cè)定

采用稱重法表征PVDF/BF共混膜和IL改性共混膜的孔隙率.可以得出，M1-M3隨著B(niǎo)F含量的增加，孔隙率降低：M3從70.0288%降到65.9577%，歸于BF粉末粒徑從100目升至400目，增加了BF與PVDF之間的相容性.

與相應(yīng)的PVDF/BF共混膜對(duì)比，M4-M6的孔隙率有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)，這主要是由于IL溶解BF，增加BF與PVDF的相容性和體系粘度所致.這與SEM中的結(jié)果一致.

4.共混膜機(jī)械性能測(cè)定

對(duì)比發(fā)現(xiàn)M1-M3的機(jī)械性能均有所下降，這可能是由于BF顆粒減小，端部的應(yīng)力集中較大，界面的結(jié)合強(qiáng)度較低，界面脫粘易發(fā)生.

BF顆粒經(jīng)IL繼續(xù)溶解，L/D變得更小，比表面積增加，BF與PVDF相容性增加，另外IL使體系粘度增加，BF團(tuán)聚不易發(fā)生，共混更加均勻，減少應(yīng)力集中，綜合作用使得PVDF/BF-IL共混膜機(jī)械性能提高.而M4的機(jī)械性能下降歸于BF含量過(guò)低引起的表面逸出造成，這和SEM觀察一致.

5.共混膜親水性測(cè)定

本章以膜表面純水的初始接觸角來(lái)表征共混膜親水性的變化.由結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)PVDF/BF共混膜M1-M3的初始接觸角有所增加，這主要是BF顆粒變小，含量低時(shí)在相轉(zhuǎn)化過(guò)程中有表面遷移趨勢(shì)，M1接觸角僅有58.24℃，而B(niǎo)F含量增加，體系粘度上升，共混均勻，遷移下降，M3接觸角升至68.23℃.PVDF/BF-IL共混膜的接觸角從M4的48.28℃降低到M6的42.56℃，原因?yàn)殡x子液體易溶于水，使接觸角變小.

6.共混膜靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

在本實(shí)驗(yàn)中，選擇BSA作為模型蛋白去評(píng)估PVDF膜的抗蛋白質(zhì)污染能力.共混膜的BSA吸附量與共混膜的親水性基本一致，接觸角越小，親水性越好，BSA吸附量越少.其中PVDF/BF-IL共混膜M6的靜態(tài)蛋白吸附量最低，為8.2 μg/cm2.M4親水性較好，抗蛋白污染較差的原因歸于較大的孔隙率，增加了對(duì)蛋白的吸附.

BSA靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：恰當(dāng)BF和IL的加入可以有效抑制蛋白質(zhì)在PVDF/BF膜表面的吸附，從而增強(qiáng)PVDF/BF膜抗蛋白質(zhì)污染性能.

7.共混膜滲透性能測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了一系列動(dòng)態(tài)過(guò)濾試驗(yàn)，選擇BSA作為模型去研究共混膜膜的抗污染能力.以BF比例為1/10的PVDF/BF共混膜M2為對(duì)照，測(cè)定PVDF/BF-IL共混膜的滲透性能.

與PVDF/BF共混膜的純水通量相比，PVDF/BF-IL共混膜的純水通量有所均有所增加，這主要是歸因于IL溶解BF，增加了BF與PVDF的相容性，體系粘度增加，孔隙率雖略有下降，但溶解的纖維增加了孔之間的連通性.

在BSA溶液動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中，PVDF/BF共混膜的滲透通量都急劇下降，這是因?yàn)橛写罅康腂SA沉積在膜表面和孔內(nèi)部， PVDF/BF-IL共混膜的通量恢復(fù)率比M2明顯提高，M4的通量恢復(fù)率達(dá)到92.53%，M5更是高達(dá)96.09%，這和改性膜表面和孔隙內(nèi)親水性提高有關(guān).

綜上所述，靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果和動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地證明了PVDF/BF-IL，共混膜能夠有效提高PVDF/BF膜的親水性和抗污染性能.

三、結(jié)論

在本文研究中，成功制備了PVDF/BF-IL共混膜，得到機(jī)械性能，親水性能和抗污染性能優(yōu)異的PVDF/BF-IL共混膜.

(1)IL的添加，對(duì)共混膜的形貌有較大的影響，IL使孔隙率下降，但膜具有較好的連通性.

(2)IL增加了BF與PVDF之間的相容性，得到機(jī)械性能優(yōu)良的PVDF/BF-IL共混膜.

(3)IL增加了膜的親水性，得到具有優(yōu)良親水性的PVDF/BF-IL共混膜.

(4)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試表明PVDF/BF-IL共混膜具有良好的的滲透性和抗污染性能.

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