制备PES / PVP水过滤膜使用古利奈®,更安全的生物极性非质子溶剂

文摘

一个更可持续的透析和水滤膜已经被开发出来,通过使用新的、更安全,生物溶剂古利奈®代替N-methyl pyrrolidinone (NMP)。溶剂选择的影响,溶剂蒸发时间,铸造凝胶的温度、凝固浴的添加剂浓度对孔隙度和孔隙大小分布进行了研究。结果,结合红外光谱,扫描电镜图像,孔隙度的结果,水接触角(WCA)和水的渗透,确认古利奈®是更好的媒体生产polyethersulfone (PES)膜。新方法,水星入侵Porosimetry (MIP)和NMR-based孔隙结构模型,应用于估算孔隙度和孔隙大小分布的新膜产生第一次与昔兰尼®和PVP添加剂。汉森在实践中溶解度参数(HSPiP)是用来预测polymer-solvent交互。使用古利奈®导致减少聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加载比使用NMP给材料时需要更大的毛孔和总孔隙度。两种不同条件的铸造凝胶应用于本研究:热(70°C)和冷凝胶(17°C)是获得膜具有不同的形态和水过滤行为。

1。介绍

日益增长的使用过滤膜是越来越关注环境问题的结果的可用性和对清洁水(日益增长的需求1- - - - - -3]。最近的工作强调了需要新的溶剂在膜的制造过程中,为了减少释放到环境中的有毒溶剂的问题,与Polarclean®, DMSO另一个星球®,和离子液体被成功地应用在这个过程4- - - - - -8]。多孔聚合物膜对水和废水处理一直是由醋酸纤维素(9)、聚砜(10),聚偏二氟乙烯(PVDF) [11,12),聚丙烯腈(PAN) (13)和聚乙烯醇(PVA) [14]。Polyethersulfone (PES)用于分离由于其优良的性能和较高的热、化学、液压和机械稳定性。聚合物生成膜从纳滤(NF)和反渗透(RO)用于脱盐过程,超滤(UF)用于食物、金属、纺织工业和微滤(MF)饮料的净化和分离油和水乳剂。膜的污染是由于PES的疏水性,使分离不可预测和缩短其寿命由于更高的能源需求将水通过毛孔(15,16]。减少污染效果,PES膜修改通过批量修改、表面改性和混合(一种表面改性),后者是最广泛使用的方法(17]。

过滤膜以前被捏造使用铸造解决方案polyethersulfone (PES) repro-toxic溶剂NMP (18- - - - - -20.],DMF [21],DMAc [22),或混合溶剂23,24]随着亲水均聚物,如聚乙烯吡咯烷酮(PVP) [21,24]或聚(乙二醇)(挂钩)25,26),导致膜不易污染(25,27]。DMSO溶剂被利用为铸造(2,28,29日),这本身不是有毒,但它作为一个渗透增强剂和转移化合物通过皮肤屏障。它在医学上用作皮肤吸附增强剂对不同的药物30.,31日]。最近NMP被添加到的受限物质清单(32),由于生殖影响的溶剂。NMP和二氯甲烷(DCM)与胎儿和成人死亡和他们的使用被禁止或限制油漆剥离产品的大型零售商。(33DMF和DMAc也在高度关注物质(SVHC)列表作为生殖毒性(可能损坏未出生的孩子)。可用的列表,因此安全的极性非质子溶剂是越来越小。

孔隙的形成和结构控制剂PVP和挂钩纳入PES矩阵,类似于其他聚合物添加剂在文献中报道20.,34,35),以增加亲水性,扩散性能(由于膜表面的孔隙大小分布)防污,和本文以PES膜的性质36- - - - - -38]。这些不对称膜可以通过调整修改下列因素:铸造解决方案的构成(添加剂;溶剂,溶剂蒸发温度/时间和利用方法。在这项研究中我们的目标是替代传统溶剂(NMP)使用更环保,更安全的选择。昔兰尼®(dihydrolevoglucosenone)是一种新的商用,无毒溶剂获得可再生废物和非食品原料纤维素来源(如秸秆、甘蔗渣和锯末)(见方案1)。很快被证明是一种可行的选择极性非质子溶剂NMP和DMF (39- - - - - -43]。

昔兰尼®是一个极性非质子溶剂NMP相似,但可再生、可生物降解、无毒(39]。昔兰尼®一直只有危险警告的眼睛刺激性(E319)接收一个ECHA 7级认证和最近获得大量出售(44,45]。此处古利奈®一直在评估其适用性代替NMP PES膜的制造。

2。材料和方法

2.1。材料

的片Ultrason®E3020 P Polyarylethersulfone(图2(4))55000 Da和粉末的PVP Luvitek®k - 90粉末(图2(5))1500000 Da被来自英奇。德国巴斯夫(BASF)。溶剂古利奈®提供了大约可持续化学有限公司,英国。本研究中使用其他溶剂试剂级和从默克有限公司购买英国,英国和VWR化学品®。去离子水(DI)是由实验室提供的内部使用一个ELGA中枢®系统。使用的所有化学物质是没有任何进一步净化。

2.2。HSPiP的预测能力

汉森溶解度参数(HSP) (46]在不同溶剂选择栓塞形成后症状(PES)的预测溶解度通过映射三个值(色散相互作用δD, dipolarityδP,氢键的能力δH)在一个三维的“汉森空间”,使用版5.0.03 HSPiP(汉森在实践中溶解度参数)。

在确定溶剂是否会解散一个球体,它是有用的计算相对能量差,红色的: 在哪里罗依的相互作用半径汉森溶度参数范围确定实验(图1),类风湿性关节炎是聚合物和溶剂的溶度参数距离,可以计算的

(图3 d表示1)显示聚合物的溶剂溶解的距离和PES3020。一个非溶剂将类风湿性关节炎比的范围罗依,使红> 1,而溶剂可能影响材料将会有一个红色的< 1。溶剂和一个红色< 1(接近聚合物的中心δD = 20.42,δP = 9.89,δH = 6.55)预计更好的溶剂。昔兰尼®有最小的距离聚合物汉森空间,暗示PES3020最大的亲和力(表1)。所用溶剂的完整列表可以在手稿(SM表附带的补充材料1)。

见表1,比较HSP的昔兰尼®和其他极性非质子溶剂,发现古利奈®色散接近DMSO (18.9vs。18.4),一个极性参数接近NMP (12.4vs。12.3),和一个氢键接近NMP (7.1vs。7.2)。相似的昔兰尼®其他极性非质子溶剂研究之前(40]。

2.3。膜的合成

2.3.1。制备铸造解决方案

在这项研究中,polyethersulfone膜(PES / C和PES / N)与高度不对称的孔隙结构是由热(70°C)和冷(17°C)铸造栓塞形成后症状(PES)的凝胶,PVP和溶剂(古利奈®或NMP),使用一个非溶剂相转化技术(少量)。

表2显示了PES超滤膜平板的配方使用两种不同的溶剂和/ PVP。

在这项研究中,一些古利奈®的特点和NMP展示在表3,显示这两个溶剂的区别。

2.3.2。膜制备

铸造解决方案是由溶解20 wt %的PES丸(溶剂的质量相比)昔兰尼®或NMP 70°C的温度4 h。添加不同浓度的PVP在连续搅拌(表2)。铸造解决方案是脱气,然后放在一个亚克力板PES / N或聚酯(PET)无纺织物CraneMat CU632(美国Neenah技术资料)PES / C。铸造凝胶使用RK打印K101台铸机(RK印刷、英国)3厘米的速度⁻¹NMP生产的膜和2厘米⁻¹对膜产生的昔兰尼®。铸造机的速度被发现有显著影响膜过滤和较慢的速度对PES / C被认为是由于其较高的粘度。所有膜的厚度控制在500μm。铸造电影就淹没在RT包含去离子水的凝固浴,导致PES沉淀。膜被洗了三次蒸馏水十分钟在声波降解法为了洗掉残留溶剂的膜被存储在去离子水直到进一步使用。细胞膜的RT准备17°C和74 - 78%的湿度。水浴的温度是12°C和铸造的凝胶的时间把它放在一个水浴仅限于最多5秒。

由于更高密度的昔兰尼®和PVP的用量,这两个添加到总系统的粘度;这种凝胶是当热。PES / C10的粘度测试使用布鲁克菲尔德R / S +流变仪和显示大幅下降在加热到110°C (SM图1),其行为往往对牛顿流体。

2.4。膜特性描述

描述了膜,他们第一次去离子水清洗和干燥在真空干燥箱为12小时80°C。的影响更多的粘性古利奈®孔隙大小、孔隙度、表面形态、和机械性能的PES / PVP膜通过扫描电子显微镜(SEM),研究了纯水渗透,ATR-FTIR,热分析。红外光谱和TGA反射表面的物理或化学变化或修改后在PES膜的大部分。

ATR-FTIR光谱记录PerkinElmer谱400傅立叶变换红外/ FT-NIR光谱仪透射率的峰值在4000 - 650厘米⁻¹地区,快速扫描(4扫描)和决议4厘米⁻¹在室温下。

热稳定性通过TGA研究了PES膜,让减肥的膜作为温度的函数。膜从RT加热到625°C的速度10°C min⁻¹在一个流动的氮。

扫描电子显微镜(SEM)图像被带到JEOL地产- 6490 lv 8千伏从生物科学技术设施,生物系,约克大学,并被用来确定的形态和结构膜后液氮冷冻和断裂的Au / Pd涂料紧随其后。

孔隙度和孔隙大小分布测试确定使用汞入侵Porosimetry (MIP)使用微粒学Autopore静脉位于利兹大学的工具。这种方法是基于“非润湿性液体在毛细管的行为不能被固体本身的毛孔吸收,但需要一个外部的压力被应用。通过测量水星侵入样品材料的体积与每个压力变化,气孔的体积可以获得相应的大小类。MIP只显示可连通孔隙(如果关闭毛孔不可压缩)。应用压汞孔隙的大小成反比。较低的压力需要穿透大毛孔,而需要一个更大的压力来访问小毛孔。从压力和入侵数据,仪器使用沃什伯恩方程生成体积和尺寸分布: 在哪里D代表孔径(μ米),P应用压力(psi),γ代表Hg-air表面张力(484 mN m⁻¹),θ是Hg-air-porous材料接触角(140°)。

核磁共振光谱学被用作证据的孔隙大小分布和被认为是一种更可持续的和更少的有毒法相比,MIP法,它可以扭曲的骨架多孔结构样本(47]。然而,这种方法使用先前描述孔隙度、孔隙几何形状,连接,和砂岩的渗透性和碳酸盐48,49]。在这个项目中,使用核磁共振确认液体填充孔隙空间的体积和T2分布(相当于一个孔隙大小分布,PSD)得到反褶积后的磁化放松(图3)。

测量膜的亲水性,水接触角(WCA)测量通过悬滴法(50使用θLite)光学表面张力计的室温22°C。0.5 - -1.5的范围内μL液滴大小的水放置在膜表面,使用自动化的图像记录OneAttension软件。静态接触角测量至少三个随机位置和减少实验误差的平均值报告。

2.5。纯水渗透试验

膜透性决定通过测量纯水通量使用搅拌细胞(Sterlitech HP4750)。过滤解决方案在300 rpm和恒温搅拌磁25±0.5°C。的过滤率不断重测定滤液电子天平上连接到一个数据记录器。数码电子天平从排开(侦察专业范围)的精度0.01 g用于连续测量渗透的重量。记录体重在特定时间间隔也允许渗透通量的计算: 在哪里水通量(L m⁻²h⁻¹(LMH)),米质量在给定的时间,ρ水的密度,膜的面积(m²),t是时候(年代)。

图4显示了膜过滤示意图的安排和通量测量设备。过滤单元使用氮气加压(无氧)与压力调节器的气缸控制。50毫米直径膜第一次受到的初始压力1酒吧,直到一个稳定通量明显,然后压力增加到5和10条。

2.6。重量法的水吸附

此方法反复使用在文学评价膜的孔隙度(28,50]通过确定的水。膜的真空干燥在80°C,在称重和测量它们的大小和厚度。然后他们被沉浸在蒸馏水在24 h RT,再次重之前,注册质量的增加。%的水保留在毛孔计算使用以下方程: 在哪里Ww和Wd代表群众干态和湿膜(g),分别一个是膜的表面积(m²),l是膜厚度(m),ρ水的密度在RT(998公斤米⁻³)。

3所示。结果与讨论

3.1。孔隙度和孔隙大小分布

膜编码基于所使用的溶剂(PES / C是古利奈的膜产生®虽然PES / N代表了一个与NMP)和PVP的浓度,例如,“0”意味着没有PVP的膜产生,而“0.1”到“十”是指膜生产0.1%到10% PVP,分别(表2)。例如,PES膜生产古利奈®和0.1% PVP将称为“PES / C0.1”而产生相同的膜在NMP表示“PES /烟台港第一”。

见图5,Cyrene-based膜呈现高孔隙度相比,NMP在所有情况下,最大79%和78.8%的PES / C0.1和PES / C1,分别。膜制备与昔兰尼发达孔隙度,即使不使用孔隙形成PVP (PES /公司总孔隙度为76.7%),这表明优越的孔隙度比NMP-based膜使用孔隙形成添加剂(PES /烟台港第一)的孔隙度为76.3%。膜有10% PVP最低总孔隙度(54.9%),此时膜表现出不同的形态(现象出现在SEM图像)。另一方面,膜的孔隙率(76.3%)最高,产生与获得NMP PVP浓度为0.1%。膜的孔隙率最低生产使用NMP发生PES / N10 (44.6%)。

同样重要的一点是,0.1% PVP足以生产优质PES / C膜,降低牺牲聚合物的数量代表了一个重要的起点的可持续膜一起制造替代有毒原料的溶剂在安全、生物的选择。

昔兰尼和NMP-based膜呈现出一幅略微减少孔隙度0.5% PVP使用时(PES / C0.5和PES / N0.5)和明显减少当使用更高浓度的PVP (PES / C5和PES /它们)。这种孔隙度下降更明显的NMP-based膜。然而,这意味着1%的添加剂显然足以给最大孔隙度在两种类型的膜,与Cyrene-based膜比NMP更优越的等价物。

图6显示了膜的孔径古利奈®和NMP生产。PES膜/ C比PES / N开发更大的毛孔,除了PES / C10,具有不同的形态。有趣的是,Cyrene-based膜的孔隙大小,没有添加剂(PES / C0)也有类似的孔径中获得NMP-based膜使用5% PVP (PES /它们)。这意味着不需要添加剂形成毛孔当使用古利奈®作为溶剂。类似的膜用昔兰尼®和1% PVP (PES / C1)显示了相同的孔径NMP-based膜在使用10% (PES / N10)相同的孔隙形成代理。这意味着更少的牺牲孔隙形成代理时需要使用古利奈®作为溶剂相比NMP-based系统。

膜用昔兰尼®孔隙直径从0.09μ米(PES / C10) 1μ米(PES / C1和PES / C5),而膜与NMP准备0.2之间μ米(PES / N0, 0.1, 0.5, 1μ米)1μ米(PES / N10)。图6清楚地显示了相似性PES / C1和PES / C5 PES / N10孔隙尺寸和孔隙分布(SM图2和SM图3)。膜用昔兰尼®需要1% PVP开发最大的毛孔(PES / C1),而膜与NMP需要两倍的PVP生产开发相同的孔径。

孔隙系统的高度的变化被发现,当PVP浓度增加。这是观察到的更大的总孔隙度减少和增加的孔隙直径范围在0.5和1之间μm PES / C0-5,紧随其后的是一个戏剧性的减少PES / C10的孔径。Cyrene-based膜孔隙直径遵循这一趋势从最低与PES / C0最大与PES / C5。高于5% PVP加载,这种类型的膜孔径的大幅下降。这是由于膜的形态学改变显著,与大型腔包含非常小的毛孔在墙上(清楚地看到,如图10)。

这种形态是清楚地看到在PES / C10的扩散膜已经形成,此时相信0.09的毛孔μm是纳入的墙壁蛀牙,取代了古典大孔隙。不对称膜孔隙直径有变量,从0.001到10μ米而对称的一个(PES / C10)现在更加统一的毛孔,毛孔与多数为1μ米直径。PES / C0 0.1提供了少量的毛孔μm;这种类型的孔的数量增加而增加的PVP铸造解决方案,他们的存在是只在PES / C10。

膜用NMP增加孔隙直径随着PES / N0-10 PVP浓度的增加。NMP-based膜呈现相同的小孔径直到浓度5%的成孔添加剂添加到铸造凝胶,导致一个更大的孔径对PES / N10最多。

核磁共振光谱分析的结果与先前MICP报道结果一致。最大的毛孔(约10μ米)中可以看到生成的膜与昔兰尼®,符合使用的PVP浓度增加,最大的PES / C5。PES / N的数量大毛孔PVP浓度增加而增加,而较小的毛孔不再见过(例如,毛孔在0.001到0.01微米范围仅仅是观察PES /烟台港第一)。经过反褶积的磁化弛豫的核磁共振(见图7),获得T2曲线确定流体的体积填充孔隙大小分布的孔隙空间和间接,由MICP上面描述的方法。

3.2。膜特性描述

3.2.1之上。通过红外光谱膜官能团

PES膜呈现特定官能团,S = O对称拉伸为1149厘米⁻¹,所以₂在1320厘米- c不对称拉伸⁻¹在1240厘米,切断非对称拉伸⁻¹C₆H₆在1578和1486厘米⁻¹3096 - 3094厘米,碳氢键伸展⁻¹,除了显示剩余PVP C = O伸展在1667 - 1662厘米⁻¹吡咯烷基自由基在1462和1423厘米⁻¹在1072厘米、碳氮振动⁻¹在2950厘米,碳氢键不对称拉伸⁻¹。

在膜沉淀步骤,有些叶子表面的PES膜一起大多数水溶性聚合物,但足够的PVP(出席1667厘米⁻¹在图8),为聚合物表面提供一个亲水自然比独自PES的表面。

在PES /古利奈®,颜色由于凝胶栓塞形成后症状(PES)的释放到媒体明显低于在PES / NMP系统。这表明一个更强大的PES / PVP交互在昔兰尼®(SM图4)。

3.2.2。扫描电子显微镜(SEM)分析

这里所有膜生产(PES / C10除外)提出一个典型结构与薄层支持像海绵一样的子结构(重要的机械阻力膜),和大孔隙,期间由于瞬时分层逆相(51],PVP行为作为antisolvent剂在分层步骤由于其高水溶性。铸造解决方案具有高度的亲和力水可导致形态学变化和性能(4]。在这项研究中这种凝胶是演员和铸造的玻璃板凝胶很快就沉浸在凝固浴这意味着暴露于大气中还不到5秒。指状结构可以看到附近的内心(连接顶层像海绵一样的结构)和外表面,而海绵结构中可以看到膜的中心。已经被普遍接受,瞬时分层导致大孔隙结构和分层延迟导致海绵状结构(51,52]。

而像海绵一样的结构看起来是相同的古利奈®和NMP生产膜、人物9显示了它们之间的区别在一个大孔隙层在同一放大。

当使用纯PES,立即发生相分离的聚合物溶液,由于铸造低粘度凝胶。高粘度的昔兰尼®(14.5 m Pa s 20°C)相比,NMP (1.67 m Pa s 20°C)增加了铸造凝胶的粘度导致较慢的分层过程,因此更像海绵一样的结构(图可见10)。聚合物溶液的修改(通过添加PVP)改变膜的孔隙结构(53]。同时,不同温度下的铸件凝胶导致差异形态(图10):

冷凝胶膜铸造的礼物比普通PES / C0卫星传回的层(粘性),特别是中间的膜。昔兰尼的膜铸造®热凝胶显示出更多像海绵一样的结构,与大孔隙在整个膜。更大的不同形态从PVP浓度5%,最大浓度为10% PVP。PES / C10从热凝胶(图10(左))开发了一个完全不同的表面形态,symmetrical-like结构,看起来像一个多孔web或海绵。这可能是由于大量的PVP,减缓沉淀。当演员从一个冷凝胶,膜显示不对称层(图和更大的空间10(我))。在铸造解决方案增加了PVP内容导致较慢的分层,尤其是对底层膜(最接近载玻片)。当从溶剂antisolvent发生交换,它从表面开始,手指空洞在哪里观察和减缓,因为它接近底层,当更像海绵一样的结构。这个结构提出了毛孔的直径增加从上到下的表面膜。铸造凝胶的流变学研究了PES / 10大,与粘度随着温度的降低清晰可见(SM图1)。这对膜形态有很大的影响和不同的渗透率数据预计。明显区别的铸膜热/冷凝胶是在NMP (SM图中红色圆圈5),一个演员从一个热凝胶提供了一个中间海绵层,当一个演员从一个冷凝胶清楚地显示了手指在整个膜层。

3.2.3。膜的热稳定性

热重量分析的结果在膜准备以下图所示11和表4。PVP的分解温度在440°C,而PES3020分解为580 - 600°C,这意味着PVP将失去更多的重量在PES开始分解。

第一个退化发生了120°C以下由于水分损失,其次是昔兰尼®挥发在170°C和NMP 140°C,其次是PVP分解ca。420°C和PES分解ca。580 - 600°C。微分热重数据显示大量的残余PVP PES / C膜。

PES / C膜始终表现出的热稳定性高于PES / N等价物。PES / C0热分解588.7°C,而PES / N0分解578.4°C,这意味着需要更高的能源打破PES / C膜的债券。的峰值导数(拐点)表示的最大变化率减肥曲线,见图11 (b)和11 (d)。

添加PVP膜降低了热稳定性,由于比栓塞形成后症状(PES)的PVP的分解温度较低,但混溶的聚合物从热分析确认。PVP和TGA残留的浓度之间的差异可能是由于PVP留在用水洗涤后的膜,根据膜孔隙率和孔尺寸。发现PES / N膜失去一些PES膜表面铸造时这部电影。相同的膜失去了PES和PVP PES / C,这意味着古利奈®是一个更好的媒体为这种类型的过滤以及更亲水。

3.3。表面润湿特性的新膜生产古利奈®

如图12(一个)、静态水接触角新PES的电影制作和古利奈®从73.1%下降为PES / C0 37.5% PES / C10,亲水性的角色在所有情况下。接触角的减少表明增加在这些膜的亲水性增加残余PVP内容。

润湿的变化随着时间的推移记录通过同样的方法用于静态接触角,但接管一个300秒的范围值。图中可以看到12 (b)水滴如何改变以复制的方式,减少他们的接触角。发生较大的初始下降迅速填补毛孔表面的水膜,直到局部饱和。这一现象被发现是由于的结果前进角(高角依赖于疏水表面组件)改变成一个后退角(低亲水的接触角组件)在液滴体积和减少是由于自吸和蒸发。(54]

接触角的PES / C0记录最小的变化在测试期间,由于更少的亲水特征和趋势的液滴被膜表面的至少在开始。时间,膜局部饱和时,液滴进入多孔膜和接触角的变化。另一方面,PES / C10膜被发现最戏剧性的变化在其接触角,由于最亲水特征和孔隙度。PES / C10的SEM照片展示了一个非常多孔膜,将允许水完全吸收的液滴在60秒在WCA实验。

3.4。纯水渗透

纯水渗透(PWP)测试评估是基于水通量。证据的文献表明,海绵层过滤器是低于手指层膜(51]。

根据这些标准,渗透通量如图13显示了膜之间的差异取决于所使用的溶剂,使用的PVP浓度,温度铸造凝胶。产生的膜使用古利奈®冷凝胶,显示越来越渗透时添加PVP最大值10% PVP,但是没有渗透性当使用0.5,1,5% PVP。这是解释为膜的形态,与更多的手指层上的薄膜密度海绵层底部的膜。这是由于膜的厚度选择在这个项目(500μm)导致不同的形态很可能取决于速度之间的交换溶剂和水(SM图6)。顶部表面,这是快速,聚合物沉淀出水和空洞形成的位移。在底部,结晶为主,用更少的空洞。这导致低渗透的手指地区并不相互联系。PVP浓度的使用有很大的影响渗透在使用超过0.1% PVP时,当生产膜显示没有流量,由于存在死角的手指层形态。新膜PES / C0和PES / C0.1演员从冷凝胶与PES / C0热凝胶被认为是适合超滤(UF),而渗透率低于20 LMH /酒吧纳滤/反渗透(NF / RO),而PES / C10膜显示大通量更一致的微滤膜(MF)。相反,当相同的膜铸造热凝胶,生成的膜显示出渗透率最高在10% PVP,但凝胶膜渗透通量小于相应的冷。从冰冷的凝胶膜生产,使用古利奈®和PVP浓度超过0.1%,开发了一种用手指形态层中间的膜表面但不相互联系,因此注册没有渗透通量。

当添加PVP,渗透率也增加了PES / N,最大流量为10% PVP和冷凝胶膜被摔。当演员从一个热凝胶,细胞膜产生相同的PVP浓度显示更高的水通量由于中间空白的膜允许更高的渗透。看着数字SM5(b)和5(e)与0.1 n,热投似乎有一层中所有的毛孔出现阻塞通过膜(SM图中红色圆圈5(e))。然而,在寒冷的演员,毛孔似乎穿越膜(SM图中红色圆圈5(b))。中间的海绵层的存在在PES / N薄膜热铸型显示较低的渗透率比来自冷凝胶,除了PES / N0.5形态学显示了一个更厚的海绵层,一般流量慢下来。

3.5。重量分析

图14显示了PES / C的吸收能力(蓝色)和PES / N(橙色)保持毛孔的纯水。虽然比其他方法应用于本研究不精确,这是标准的测试来评估膜孔隙度(17]。

图14表明PES / C持续开发保水能力大于各自的PES / N薄膜(MICP和扫描电镜数据一致)。MICP和重量数据差异产生的样品使用相同的溶剂。例如,重量分析地PES / C5提出最大的吸水能力,而对于MICP数据,PES / C0.1最大的总孔隙度。然而,PES / C10显示最小的保持水分的能力,这是完全符合MICP和扫描电镜数据。

4所示。结论

Polyethersulfone平板膜水过滤应用程序是由少量的技术采用古利奈®作为替代溶剂和PES制作使用传统NMP相比。膜形态和性能是定制根据铸造解决方案组成和温度。新膜生产古利奈®更可持续,以更少的两种聚合物的损失和可调孔隙大小和接触角,从更少的亲水性PES / C0更亲水PES / C10当亲水添加剂添加到铸造解决方案。生产与生物膜溶剂古利奈®显示更大的总孔隙度、较大的孔隙大小,和更高的热稳定性,而与NMP PES膜产生。发现不需要添加剂形成毛孔当昔兰尼®应用作为溶剂,PES / C0拥有相同的孔径NMP-based膜产生5% PVP (PES /它们),这意味着没有添加剂很多没有必要使用古利奈®时孔隙形成的作用。PES膜生产古利奈®和0.1% PVP (PES / C0.1)和1% PVP (PES / C1)开发的最大孔隙度(ca。79%)和古利奈®NMP-based膜。PES制作古利奈®和PVP的最小浓度(0.1% PVP)开发相同的孔径与NMP PES制作更高的PVP浓度(5%)和最大的毛孔注册PES当使用古利奈®1% PVP,而对于与NMP膜生产,最大孔隙直径出现使用更高的PVP浓度(10%)。产生的新膜的渗透性和古利奈®之间的范围很容易定制NF / RO MF,通过改变铸造凝胶的温度,而使用NMP时仅略小的变化被观察到。虽然PES / N显示趋势最大过滤PES / N演员从一个冷凝胶5% PVP使用时,相同的膜铸造热凝胶没有显示出支持的趋势,可能是因为NMP蒸发速度比昔兰尼在升高的温度下。全新的形态被发现在古利奈®PES制作中,当使用10% PVP,无论热或冷。 When using Cyrene, the morphology was different for the two casting gels, with a symmetrical one observed when hot cast; this is less obvious when cast from a cold gel. Both hot and a cold cast PES/C10 have showed the best filtrate flux, with the potential, for application in microfiltration. Utilising cold casting, minimal addition of PVP leads to better filtration properties than the corresponding membrane produced without any additive; this suggests PES/C0.1 has applications as a hydrophilic, highly biocompatible/haemodialysis ultrafiltration membrane. The relatively high viscosity of Cyrene® adds to the overall viscosity of the PES/PVP casting gel and this can be exploited to tailor membranes to different ranges of filtration with different physical properties. Decreasing viscosity with temperature is a potential factor to consider when casting membranes containing Cyrene®.

数据可用性

数据支持这一出版物可以在支持信息,同时可以通过额外的原始数据https://doi.org/10.15124/c6545fa3 c5aa - 4741 - 9 - ad0 - 1 - fe092f292cf。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

我们扩展我们的感谢英奇。巴斯夫提供PES和PVP聚合物使用在这个项目中,梅格·斯塔克从生物科学技术设施,生物系,约克大学的扫描电镜图片,和卡洛斯Grattoni博士从地球与环境学院,利兹大学为水星porosimetry和低场核磁共振光谱学。作者要感谢大约可持续化学有限公司的财政支持这项工作。

补充材料

补充信息和包含一个表列出所有可用溶剂研究通过HSPiP (SM表1);阴谋的温度依赖粘度PES / C10样品在室温到110°C的范围(SM图1);MICP孔径分布对每个样本在昔兰尼®(SM图2)或NMP (SM图3);一张照片显示PES / PVP的凝固浴膜在昔兰尼®和NMP (SM图4);中小企业的横截面图像中每个膜准备NMP (SM图5);SEM PES / C1横截面图像在不同厚度SM(图6)。(补充材料)

引用

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