毕业论文水平磁场对聚砜Fe3O4超滤膜性能的影响.doc

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1、毕 业 设 计（论 文）题 目 水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响姓 名 所在学院 化学与环境工程学院 专业班级 04级环境工程(2)班 学 号 指导教师 日 期 2008年6月4日 毕业设计（论文）任务书院（系）化学与环境工程学院指导教师职称教授学生姓名专业（班级）环境工程(二)班学号设计题目水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响设计内容、目标和要求内容：1. Fe3O4含量对未磁化聚砜超滤膜性能影响； 2. Fe3O4含量对磁化聚砜超滤膜性能影响；3.相同Fe3O4含量时，水平磁场对超滤膜性能的影响。要求：1.根据给定的题目，利用所学的文献检索知识和方法，收集并阅读相关的资料2

2、0篇以上，其中外文资料5篇以上，外文翻译正文不少于3000汉字（或1.5万印刷符）。2.对文献资料进行归纳总结，撰写文献综述（参考文献要在引用的地方标注）和开题报告；制订实验方案、确定实验路线和测试方法，进行实验准备。3.熟悉实验数据记录的方法与内容，要初步具有解决实验中出现的问题的能力，要能运用所学的实验技能完成上述课题内容，并达到一篇学术论文的实验工作量。4.要能综合运用所学的理论知识对实验结果进行初步分析和讨论，并按学术论文格式撰写一篇学术论文（6000字）。5.熟悉学位论文的撰写格式，按学校规定的格式撰写论文并打印全文，并提供相应的PDF文件。6.论文中所出现的图表要求用电子软件绘出（

3、表格用三线表，图用origin绘）。 指导老师签名： 日期： 年 月 日基层教学单位审核院（系）审核此表由指导教师填写院系审核毕业设计（论文）学生开题报告课题名称水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响课题来源国家自然科学基金项目课题类型DX导 师学生姓名学 号专 业环境工程本课题的研究现状： 超滤是一种以静压差为推动力，根据相对分子质量的不同来进行分离的膜技术。近年来超滤膜的制备技术有了长足的发展和进步，使之应用的更为广泛。制备超滤膜的材料也从最初的醋酸纤维扩大到聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚丙烯腈（PAN）等，无机材料Al2O3、ZrO2、TiO2等也开始应用于超滤膜中，用来提高超

4、滤膜的渗透通量、抗污染性、热稳定性和化学稳定性。为了进一步改良超滤膜的性能，越来越多的研究致力于膜材料及制备方面。本课题的研究目的及意义：改良现有膜的性能，制备渗透性、截留率更好的超滤膜一直以来是超滤研究的焦点。为了提高膜的性能，本实验尝试在有机膜中添加无机填料Fe3O4 ，并通过在成膜过程中施加水平磁场作用，改变膜的微观结构，研究水平磁场对PSF-Fe3O4超滤膜的性能的影响。目前这方面的研究尚未见文献报道，因此，关于水平磁场对PSF-Fe3O4超滤膜性能的影响的理论研究有一定的意义。实验准备情况：已经查找相关文献20篇以上，并阅读外文文献5篇以上。制定了可行的实验方案，实验材料及实验仪器已

5、准备妥当,完成实验所需的条件都已经具备。指导老师意见：指导教师签名： 日期：课题类型：（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究； （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题（1）、（2）均要填，如AY、BX等。课题的研究内容：本实验以聚砜（PSF）为基膜，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为致孔剂，通过添加Fe3O4采用进磨成点相转化法制成有机矿物膜。分别对成膜过程中采用外加磁场或不采用外加磁场形成对比，以此分析磁场对超滤膜性能的影响。实验采用蒸馏水测定膜的纯水通量，以牛血清蛋白为材料，采用紫外分光光度法测定膜的截留率，针对磁化膜和未磁化膜，用纯水通量和截留率来表征膜的性能，并分析膜的绝对耐污

6、染性能和相对耐污染性能。实施方案1.配药：将聚砜、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和四氧化三铁按比例混合，配置成08号均匀的膜液。2.刮膜：保持一定湿度、温度，采用浸没沉淀相转化法分别在有水平磁场作用和无外加磁场环境下成膜。 3.测定膜性能：先对膜进行一般测试，挑选出完好且厚度均匀适当的膜，测定其纯水通量，截留率、耐压性能，抗污染（过滤BSA溶液）性能。进度安排（1）11月9日11月15日： 选题，接受下达任务书；（2）11月16日12月5日：查阅大量有关超滤的资料，选取一篇与课题相关的外文资料开始翻译，完成开题报告；（3）12月6日12月15日：根据开题报告，查阅大量相关实验方案，与指导老师共同

7、探讨设定初步实验方案；（4）12月15日12月21：进一步熟悉并超滤膜的相关原理、技术，根据实验室实际情况，选定实验方案；（5）2月18日2月19日：选定实验器材、试验药品，设定实验步骤，进行反复调试，做模拟试验；（6）2月20日3月30日：根据实验方案，进行实验操作，分析实验数据；（7）4月1日4月30日：整理毕业设计论文，交与指导老师修改；（8）5月5日6月2日：根据老师的指导反复修改论文格式，内容等，准备答辩；（9）6月3日6月12日：进行答辩；已查阅的主要参考文献1 陆晓峰，卞晓锴.超滤膜的改性研究及应用.膜科学与技术J，2003，23（4）：97-102.2 杨宗伟.分离膜材料和膜制

8、备技术的研究进展. Journal of FiltrationSeparatioJ ，2007，1（17）：11-14.3 杨青莉，梅凡民，李茹，赵健.大豆蛋白废水对聚砜超滤膜性能影响的研究. 西安工程科技学院学报J，2007，21（3）：390-392.4 韩少卿，陶汝胜，彭奇均.聚砜超滤膜制备工艺的优化.江南大学学报(自然科学版)J，2004，3（4）：407-410.5 陈国伟，张力平，唐焕威.聚砜基纤维素填充复合超滤膜材料的研究. 精细与专用化学品J，2007，15（17）：11-16.6 刘延惠.反渗透和超滤膜材料学介绍.水处理技术J，1984，10（6）：15-24.7 芦艳，于水

9、利，孙先达，蔡报祥.有机膜的无机改性及其性能研究. 环境科学J，2007，28（2）：371-379.8 商盈，彭跃莲，王阳，孙娜.耐污染超滤膜的研究. 膜科学与技术J，2007，27（3）：30-34.9 Jian. P, Yahui. H, Yang. W, Linlin. L .Preparation of polysulfone-Fe3O4 composite ultrafiltration membrane and its behavior in magnetic fieldJ. ,J.membrane. Sci. 2006,284:9-1610 董秉直，冯晶，陈艳，高乃云.有机物的

10、特性对超滤膜通量的影响. 同济大学学报(自然科学版)J，2007，35（3）：356-360.11 王北福，于水利，镇祥华，荆国林.超滤处理含聚污水过程中通量衰减机理的研究. 环境科学学报J，2007，27（4）：568-574.12 柯林楠，吴光夏，续曙光. 聚砜聚醚类高聚物共混相容性及超滤膜的研究. 膜科学与技术J，2005，25（3）：5-9.13 张裕卿，丁健.Al2O3的添加对聚砜膜性能的影响.化学工程J，2000，28（5）：42-44.14 许晓鹏，郑领英.聚砜超滤膜的表面改性. 水处理技术J，1993，19（6）：330-335.15 杨亚楠，王鹏，郑庆柱.改性高分子超滤膜的研

11、究进展. 离子交换与吸附J, 2005, 20(1): 87 -94.16 崔会东，吕晓龙，韩登鹏.膜表面孔结构对PVDF超滤膜耐污染性能的影响. 水处理技术J，2007，33（8）：50-64.17 李宏，熊德华.无机膜材料研究应用现状及展望.国外建材科技J，2007，28（4）：7-11.18 商盈，彭跃莲，王阳，孙娜.耐污染超滤膜的研究. 膜科学与技术J，2007，27（3）：31-34.19 王雯，贾巍.PAN超滤膜的性能改进.膜科学与技术J，1992，12（3）：1-6. 20 Mulder M，李琳 译.膜技术基本原理M. 北京:清华大学出版社，1999.21 王树东.溶胶-凝胶法

12、及其应用J. 现代化工.1999，5:1521.22 Tong P. S., Barbano D. M.,Rudan M. A. Characterization of pertinacious membrane foul ants and flux decline during the early stags of whole milk filtration J. Dairy Sci.1988, 71:604-612.23 Marcel Mulder.膜技术基本原理M.北京:清华大学出版社,1999.24 朱淑飞，钱钰，鲁学仁.膜技术在环保领域中的应用与发展J.水处理技术，2001，27(1

13、)：1-4.25 华耀祖.超滤技术与应用M.北京：化学工业出版社，2004.26 Wara N. M., Francis L. F.,Velamakanni B. V. Addition of alumina to cellulose acetate membranes J. Member. Sci.1995, 104: 43-49.27 邵刚.膜法水处理技术M.北京:冶金工业出版社，1999.28 刘茉娥.膜分离技术M.北京:化学工业出版社，1998.29 Bottino G.，Capannelli V.，Dasti,et al. .Preparation and properties of

14、 novel organicinorganic porous membranesJ.Sep.Purif.Technol.，2001，22-23：269-275.30 Genn I.，Kuypers S. Leysen R. Effect of the addition of ZrO2 to polysulfide based UF membranes J. J . Member. Sci.1996，113:343-350.31琚行松，黄培，徐南平，时钧.反胶团法制备氧化钛超滤膜的研究.高校化学工程学报J，2002，16（2）：119-124.32 Cuiming Wu，Tongwen Xu,W

15、eihua Yang. A new inorganicorganic negatively charged membrane:membrane preparation and characterizations.J.2008，23:117-125.指导教师意见指导教师签名： 年 月 日毕业设计（论文）学生申请答辩表课 题 名 称水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响指导教师（职称）申 请 理 由已完成大学全部课程，修满学分，并按要求完成实验及论文。学生所在学院化学与环境工程学院专业班级环境工程（2）班学号0413006214 学生签名： 日期：毕业设计（论文）指导教师评审表序号评分项目（理

16、工科、管理类）评分项目(文科)满分评分1工作量外文翻译152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106学习态度与规范要求学习态度与规范要求15是否同意参加答辩：总分评语 指导教师签名： 另附毕业设计（论文）指导记录册 年 月 日毕业设计（论文）评阅人评审表学生姓名专业班级环境工程（2）班学号设计（论文）题目水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响评阅人评阅人职称序号评分项目（理工科、管理类）评分项目(文科)满分评分1工作量外文翻译152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实

17、际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106学习态度与规范要求学习态度与规范要求15总分评语 评阅人签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩表学生姓名专业班级环境工程（2）班学号设计（论文）题目水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响序号评审项目指 标满分评分1报告内容思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104答 辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。40总分答辩组评语答辩组组长（签

18、字）： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会负责人（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名： 专业班级：04级环境工程（2）班 毕业设计（论文）题目： 水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩40%+20%+40%评定等级注：成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90-100)”、“良(80-89)”、“中(70-79)”、“及格(60-69)”、“不及格(60以下)”评定等级。其中， 指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。优秀学位论文作者声

19、明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀学位论文评选机构将本学位论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本学位论文内容不涉及国家机密。论文题目：水平磁场对聚砜-Fe3O4超滤膜性能的影响 作者单位：湖北工业大学化学与环境工程学院作者签名： 2008年6月4日摘 要本文阐述了超滤的原理、研究概况、制

20、备材料和方法以及影响超滤膜性能的因素，同时介绍了超滤膜的应用及膜在应用过程中出现的主要问题与解决方法。有文献报道了在有机膜中添加无机填料可以增强膜的机械强度，提高膜的渗透性、耐污染性。目前研究中所使用的无机填料主要有SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等，以Fe3O4为填料的尚不多见；Fe3O4具有良好的亲水性和磁性，如果在制膜的过程中引入磁场作用将改变Fe3O4的排列状态，进而会影响膜的性能。本实验尝试以聚砜为基材、聚乙烯吡咯烷酮为致孔剂、二甲基乙酰胺为溶剂，四氧化三铁为填料，采用浸没沉淀相转化法分别在水平磁场和无磁场的条件下制备聚砜- Fe3O4超滤膜，并采用死端超滤装置测试了的膜的渗

21、透性，截留率，耐污染性等性能。实验结果表明：超滤膜通量、截留率随Fe3O4含量增加而增加；Fe3O4含量高于40wt%时，未磁化膜性能有明显的提高，Fe3O4含量高于60wt%时，磁化膜性能有明显的提高；相同Fe3O4含量下，Fe3O4高于60wt%时，磁化膜通量更大，截留率略低，绝对耐污染性更强，相对耐污染性更弱。关键词：超滤；有机-无机膜；聚砜；四氧化三铁 AbstractThis paper introduces the UF principle, research survey ,materials preparation and the preparation methods and

22、 the influence factors for performance of UF membranes. Meanwhile ,it also introduced application and existing problems of UF and the solutions.Some research expose that adding inorganic in organic membranes can enhance the strength ,improve the permeability and the anti-fouling conditions of membra

23、ne .At present ,main inorganic-fillers are SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2 ect. ,it is seldom to see the research on the Fe3O4 as inorganic fillers ;Fe3O4 has great hydrophilicity and magnetism. Introducing magnetic effect in the membrane preparation ,compare to the in-magnetic effect ,the form of Fe3O4 would

24、be changed ,so that the performance of membrane can be influenced further. In this experiment ,PSF-Fe3O4 membrane was prepared by substrate material of PSF, the filler of Fe3O4, the solution of DMAC and the pore-foaming agent of PVP under magnetic field or nonmagnetic field through the method of imm

25、ersion precipitation phase inversion . Cross-flow filtration equipment was used to measure the permeability ,the anti-fouling conditions and rejection rate of the membrane . It shows that the rejection rate and permeability of the membranes are improved with the increasing of the concentration of Fe

26、3O4; and when the concentration of Fe3O4 reaches 40%, the performance of the non-magnetic membrane improves obviously, the concentration of Fe3O4 reaches 60%, the magnetic membranes performance is ever better ;Under the same concentration of Fe3O4 ,while the concentration of Fe3O4 over the 60%, the

27、performance of magnetic membrane has better permeability ,lower rejection rate and it also has better absolute and worse relative anti-fouling conditions. Keywords: ultrafiltration；organic - inorganic film；polysulfone； Fe3O4目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 .综 述11.1超滤的原理11.2超滤膜的研究概况11.3超滤膜的制备材料及方法21.3.1超滤膜的制

28、备材料21.3.2超滤膜的制备方法41.4影响超滤膜性能的主要因素51.5超滤膜应用现状71.6超滤膜的污染问题及解决方法81.6.1超滤膜的污染问题81.6.2膜污染问题的解决方法91.7选题思路与该课题的意义102 .实 验122.1 实验材料122.2 实验器材132.3 超滤膜的制备132.4超滤膜性能的表征142.4.1超滤膜的一般检测142.4.2实验过程152.4.3计算公式163 .结果与讨论183.1 Fe3O4含量对未磁化超滤膜的影响183.1.1 Fe3O4含量对未磁化超滤膜的通量、截留率的影响183.1.2 Fe3O4含量对未磁化超滤膜耐污染性的影响203.1.3未磁化

29、超滤膜耐压性能的检测213.2 Fe3O4含量对磁化超滤膜的影响223.2.1 Fe3O4含量对磁化超滤膜的通量、截留率的影响223.2.2 Fe3O4含量对磁化超滤膜耐污染性的影响243.2.3磁化超滤膜耐压性能的测试253.3磁化膜与非磁化膜性能的比较264 .结论与展望294.1实验结论294.2展 望29致 谢30参考文献311 .综 述1.1超滤的原理膜是一种化学材料，具有分离、浓缩、净化、脱盐的功能。膜的分离机理是在压力差推动下膜表面无数微孔的筛分作用1-7。这些不同孔径的微孔允许分子直径小于膜孔径的物质穿过膜而截留分子直径大于膜孔径的物质，从而达到了分离的目的。凡是能截留相对分子

30、质量在500以上的高分子膜分离过程被称为超滤(ultra-filtration,简称UF)。超滤膜由较致密的表层和多孔支撑亚层组成，是不对称结构膜。它介于纳滤和微滤之间，操作压力一般为0.10.6MPa，孔径范围为0.05100nm，主要用于去除固体颗粒物、悬浮物、从溶液中分离大分子物质和胶体。在超滤操作中，应将较致密表层与处理料液相接触。超滤工作过程如图1.1所示：在一定的压力作用下，当含有高分子溶质（A）、低分子溶质（B）的混合溶液通过被支撑的膜表面时，由于膜孔大于B的颗粒粒径，小于A的粒径，所以溶质（B）将透过薄膜，作为透过液被收集起来，溶质（A）则被薄膜截留而作为浓缩液被收集27。图1

31、.11.2超滤膜的研究概况早在1861年，Schmit便提出了超滤的概念。1865年，Fick用硝化纤维素制成了第一张合成膜。1907年Bechhold第一个使用了“超滤”（Ultrafiltration）这一名称，直到1960年后国外才研制出高通量的实用性醋酸纤维素超滤膜。我国对超滤技术的研究较国外更晚，二十世纪70年代中期起步，20世纪80年代开始大力发展1-7。近年来制膜材料有了翻天覆地的变化，很多研究采用了耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较好机械强度的特种工程高分子材料作为超滤膜的制膜材料，克服了纤维素类材料制膜易被细菌侵蚀、不适合酸碱清洗液清洗、不耐高温和机械强度较差等弱点，使得超

32、滤技术的应用越来越广泛。由于经济和技术的发展，用膜技术处理废水越来越受人们的重视。就经济而言，由于水资源的短缺以及用现有的方法处理时所需的化学药剂和能量等费用不断增加，推动了膜技术的发展；就技术而言，科学技术的进步推动了膜技术在工程上的应用；而且各国政府和公众对环境问题的不断重视，迫使工业界不得不寻找更加严格和安全的处理方法。1.3超滤膜的制备材料及方法随着科学技术的发展，膜科学技术的应用也越来越广泛，为了获得性能更优的超滤膜，人们不断改进超滤膜的制备材料和方法。1.3.1超滤膜的制备材料20世纪60年代初，Michaels等用各种比例的强酸聚阴离子和强碱聚阳离子的混合物，以丙酮、水和溴化纳为

33、溶剂首次制得可截留不同分子量的超滤膜聚电解质络合膜4。随着新材料的不断开发，制膜材料种类也越来越多，目前工业中所使用的制膜材料大致可以分为两类1-6：一是有机高分子膜材料，包括纤维素衍生物类、聚砜类、聚酞胺类、聚酞亚胺类、聚烯烃类、乙烯类聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物等；二是无机膜材料，包括致密金属材料和氧化物电解质材料、多孔材料等。因此，可以按制膜材料把超滤膜分为有机膜、无机膜。有机超滤膜柔韧性好，选择性高，制备过程简单，工艺比较成熟，且价格便宜，但也具有热稳定性差，不耐酸、碱及有机溶剂，恶劣环境下使用寿命短，且易阻塞，不易清洗和重复使用等不足。国内有机超滤膜研究于上世纪70年初代起步，70

34、年代中期研制成功醋酸纤维管式超滤膜，80年代研制成功PSF中空纤维膜。目前已经制备出PSF、PAN、PSFA、PP、PE和PVDF等十余种材料的膜。无机膜具有抗机械性强、耐高温、耐腐蚀、耐化学试剂等优点。但也具有可塑性差、受冲击易破裂、成型性差及价格较贵等缺点。无机膜材料主要有两大类，一是无机致密膜；二是微孔膜3。国内无机膜研究始于上世纪80年代末，当时已能在实验室规模下制备出无机超滤膜及高通量金属钯膜；90年代，顺利推进陶瓷膜工业化进程。目前我国已有少数几家公司具有生产无机超滤膜能力，并以陶瓷膜生产居多，但在支撑体生产和优良性能膜的研制方面与世界先进水平均还有较大差距。有机膜与无机膜特点的比

35、较，见表1-1。表1-1 有机膜与无机膜的特点比较有机膜无机膜膜材料种类多膜材料种类少制备工艺简单，成品率高制备工艺复杂，成品率低孔径分布宽，孔径不易控制(核孔膜除外)孔径分布较窄，孔径易控制机械强度低，柔韧性好机械强度高，膜脆易碎，需要支撑体不耐有机溶剂，易溶胀化学稳定性好，耐溶剂使用周期短使用周期长膜组件较简单，费用较低高温下不易密封，设备费用较高通最较小通量较大热稳定性差热稳定性好，耐高温鉴于有机、无机膜各有优缺点，有人提出对膜材料进行改进以获得不同性能的膜，如通过有机、无机膜材料的混合8-9，制备出针对特殊分离体系或性能更优的超滤膜。有机物中添加无机物改善膜的性能，归纳起来有以下几个方

36、面的作用：（1）改变膜的结构：通过改变铸膜液的组成和制膜工艺条件，可以改变聚合物分子链的形态和相分离状况，达到改变膜结构的目的，从而调节膜的分离性能和渗透性能。（2）改变膜的亲水性及耐污染性：改变膜的亲水、亲油性，从而获得一定强度，高透水通量及耐污染的膜。（3）改善膜的机械性能：微观亚微观的多相形态结构可以改变膜的抗冲性能。有文献报道了在有机膜中添加无机填料可以明显地改善膜的性能，抑制大孔的生成，增强膜的机械强度，延长膜的使用寿命8-10。李先锋等11通过在聚醚砜中引入活性炭粉和无定型二氧化硅粒子，以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，以水为凝固浴，利用相转化湿法成膜机理，制得了一系列不同粒子含量的聚

37、醚砜超滤平板膜，结果发现：二氧化硅的加入，改变了铸膜液的浊点组成；产生了大量的界面孔隙，即界面孔；增加了膜孔的贯通性；提高了膜的亲水性；使膜的通量大大提高，并且保持了很好的截留率；而活性炭粉填充聚醚砜超滤膜的综合性能远远差于二氧化硅填充聚醚砜超滤膜。Bottino等12发现在稀的PVDF溶液中添加二氧化硅后，随着二氧化硅含量增加，膜的渗透性能增强，截留性能降低；而在浓的PVDF溶液中添加二氧化硅后，膜的渗透性能随着二氧化硅含量增加没有明显地影响。添加二氧化硅后，膜液的粘度增高，在无纺布上刮膜不仅容易，且增强了膜的机械强度，提高了渗透通量和截留率。Genn等13发现有机-无机膜的渗透通量随着无机

38、含量的增加而增加，但显微照片观察不到膜表面孔径和孔隙率的变化，渗透通量的变化是无机填料的存在破坏正常相变行为的结果；当填料的含量达到40%以上时，无机填料的阻碍作用使得膜的表皮层的孔密度增大，继续增大填料量时，会影响表皮层的形成，强化多孔支撑层间的连接。由上可以看出，可以通过有机-无机膜材料的混合，制备出针对特殊分离体系的膜，使有机膜功能化，使其具备特定的化学结构或物理形态。虽然有机-无机超滤膜的研究已取得了较大的进展，但在这些研究中添加的无机填料主要是氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氟石等材料，在广泛的自然界中，还有更多的无机填料可用于制备超滤膜。1.3.2超滤膜的制备方法对于某一种给定

39、的材料可以有多种制膜方法，制膜方法的选择主要取决于所用材料及所需要的膜结构。超滤膜的制膜方法主要包括烧结法、溶胶-凝胶法、熔纺法和相转化法14。无机膜多采用溶胶-凝胶法制备。溶胶-凝胶法即将原料分散在溶剂中，经水解反应生成活性单体，活性单体再进行聚合，形成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶15，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需的材料。有机膜的制备现多采用相转化法。相转化法是一种以某种控制方式使聚合物从液态转变为固体的过程，这种固化过程通常是由于一个均相液态转变为两个液态（液液分层）而引发的。在分层达到一定程度时，其中一个液相（聚合物浓度高的相）固化，结果形成了固体本体。通常控制相转化的初

40、始阶段，可以控制控制膜的形态，即时多孔的还是无孔的。相转化法可以分为溶剂蒸发、控制蒸发沉淀、热沉淀、蒸汽相沉淀及浸没沉淀，其中大多数相转化膜是利用浸没沉淀制得的16-17，相转化法对制膜材料的唯一要求是必须溶于某一溶剂或溶剂混合物。浸没沉淀法是将膜溶液刮涂在适当的支撑体或玻璃板上，然后浸入含有非溶剂的凝胶浴中，由于溶剂与非溶剂的致聚合交换而导物沉淀而固化成膜。超滤膜组件有平板、管式、中空纤维和卷式四种构型4。且卷式构型由平面膜卷制而成，所以相应有平面膜，中空纤维膜和管式膜三种制膜设备。故超滤膜的生产工艺和制备方法一般概括为以下三种：（1）平面膜：将聚合物溶于适当的溶剂或溶剂混合物中，所得溶液的

41、黏度将取决于聚合物的分子量，浓度，溶剂种类及所加入的填料。膜液用刮刀直接刮在支撑物上，经凝结可以得到无支撑平板膜。（2）中空纤维膜：中空纤维和毛细管膜是自撑式的，它有三种不同的制备方法：A、湿纺丝；B、熔融纺丝；C、干纺丝。将由聚合物、溶剂和填料组成的聚合物粘稠溶液用泵打入喷丝头。经过一段在空气或其他控制气体中的短暂停留后，喷出的纤维浸入非溶剂浴进行凝结，最后将纤维绕在导丝轮上即可。（3）管式膜：加压于一个装有聚合物溶液的储罐，使溶液沿一个中空管流下，此管下部有一个带小孔的“刮膜棒”，聚合物溶液通过小孔流出，当多孔管在机械作用下或重力作用下垂直运动时，其内壁被刮上一层薄膜，然后将此管浸入凝胶浴

42、中，此时所涂上的聚合物溶液会沉淀，从而形成管状膜。1.4影响超滤膜性能的主要因素超滤膜的基本性能参数包括孔隙率、孔结构、表面特性、机械强度和化学稳定性等。表征超滤膜性能的参数主要是膜的渗透通量、截留率、截留分子质量等1-6。近年来随着膜技术的发展，制备膜的材料越来越多，膜组件越来越复杂，影响膜性能的因素也越来越多，归纳起来主要有以下几个方面18：（1）制膜液组成与配比：相同的成膜条件下，膜液组成直接影响膜的微观结构和性能，选择适宜的聚合物、溶剂、致孔剂及其配比是制备性能优良膜的关键。（2）溶剂挥发时间：制膜液经过刮刀成膜后，进入凝胶浴之前，在空气中暴露的时间称为溶剂挥发时间。一般认为，膜截留率

43、与膜表面的致密度有关，水渗透速率与致密层的厚度有关。故在保证一定截留率的情况下，应选用较短的溶剂挥发时间，以减少或消除次厚层的厚度，提高膜的水渗透速率。（3）成膜环境中的相对湿度和温度：成膜环境中气体性质不同，成膜的性能也不同。一般空气中的水能加速膜面凝胶，导致膜面微孔孔径变大。湿度相同时，溶剂挥发速率随着环境温度的升高而加快，因此，要获得性能好的膜，成膜环境温度、湿度也需要谨慎控制。（4）凝胶条件：溶剂从膜中逸出的速率与凝胶介质的温度有关。一般认为凝胶介质温度高，溶剂与凝胶介质的交换速率快，在膜表面形成大孔；同时凝胶介质温度高，在膜形成过程中膜表面的温度较高，大分子聚合物在膜的表面聚合较慢，致使膜面孔径变小。另外，凝胶温度还通过影响薄膜的凝胶结晶和溶剂与沉淀剂的交换速率，进而影响膜的性能。（5）刮膜速度和进水角度：刮膜速率的快慢，对制膜液和聚酯织物的复合和膜的性能都有影响；膜液不同，刮膜速度对其影响的程度也不同。一般而言，聚合物含量较底的制膜液，刮膜速度稍快为宜。进水角度即薄膜进入凝胶介质时，膜面与水面之间的夹角。进水角度不同，薄膜溶液的流变行为，溶剂挥发，进水瞬间膜面所受的张力等也稍有不同