【正文】 烴外，能耐一般酸、堿、鹽，在酮、酯中溶脹。這些性質(zhì)主要是由聚砜分子結構中二芳砜基團決定的。在高溫條件下，該聚合物具有很好的熱穩(wěn)定性和剛度。醚鍵使分子鏈具有柔曲性，所以具有很好的沖擊強度。因為連接苯環(huán)的鍵具有水解穩(wěn)定性，所以聚砜不易水解并且耐酸、堿溶液。聚砜可通過一般的熱塑性塑料加工設備進行加工，但也具有耐紫外線較差，耐疲勞強度差等缺點。（5）牛血清蛋白，簡稱 BSA，是一種狀乳白色多聚物顆粒。它是血液的主要成分，分子量為 68000，等電點為 ，含氮量 16%，含糖量 %。僅含已糖和已糖胺，含脂量只有 %。具有易揮發(fā)易溶于水和有機溶劑等特點。 實驗器材0～25mm 外徑千分尺，上海恒量量具有限公司；架盤藥物天平（HCTP11B?5） ，北京醫(yī)用天平廠；紫外可見分光光度計（Cary50） ，美國瓦里安中國有限公司；臺式干燥箱（DGB/20002） ，中華人民共和國重慶試驗設備廠；空壓機，WWK1 ，天津分析儀器廠；數(shù)字特斯拉計，HT20，上海亨通磁電科技有限公司；杯式超濾器（D=7cm） ，自制。 超濾膜的制備配制膜液：按所定配方分別稱取聚乙烯吡咯烷酮、Fe 3O聚砜；將聚乙烯吡咯烷酮裝入錐形瓶中，量取二甲基乙酰胺倒入錐形瓶中溶解聚乙烯吡咯烷酮；再將 Fe3O4和聚砜倒入錐形瓶振蕩，使其完全溶解形成均勻分散的懸浮液，設置烘箱溫度為 60℃，放置 24 小時后取出，冷卻至室溫 [29]。刮膜：將瓷盤洗凈后用蒸餾水潤洗并盛滿蒸餾水作為凝膠浴，準備刮膜。 （1）非磁化膜的刮制使鑄膜液保持在 40℃，用玻璃刀在玻璃板上刮膜。在空氣中蒸發(fā) 30s 后浸沒于去離子水中進行凝膠，15 分鐘后將脫落的膜放入去離子水中漂洗，并浸泡 24 小時以上。（2）磁化膜的刮制使鑄膜液保持在 40℃，用玻璃刀在玻璃板上刮膜。膜刮好后迅速放入水平磁場蒸發(fā)(磁場強度為 )， 30s 后加入去離子水凝膠， 15 分鐘后從磁場中取出放入去離子水中漂洗。磁化膜刮膜裝置示意圖如圖 所示。 表 21 膜液配方Membrane DMAC/ml PVP/g PS/g Fe3O4/g Fe3O4/(Fe3O4+PSF) /wt%0 100 0 01 100 2 100 3 100 4 100 5 100 6 100 7 100 8 100 圖 刮膜裝置 超濾膜性能的表征膜性能包括膜的物化性能和分離透過性能。膜的物化性能主要包括膜的機械強度、耐化學藥品、耐熱溫度范圍和適用 PH 值范圍等。分離透過性能主要是指滲透速率和截留分子量及截留率 [3031]。 超濾膜的一般檢測（1）外觀檢測：用肉眼直接觀察，膜表面平整有光澤，無褶皺，無破損；用肉眼檢查膜表層的針孔、氣泡。（2）厚度測量：用精確度為 的螺旋測微器測量每一張膜的厚度。（3）面積測量：用直尺測量每一張膜的長、寬，計算出面積，再測量出玻璃片的長、寬，計算收縮率。 實驗過程本實驗采用死端杯式超濾器，如圖 所示。將實驗裝置的各組件組裝好，如圖 所示。膜的有效面積為 ，在溫度 16177。2℃，壓力為 下，依次分別進行下列實驗過程對超濾膜的性能進行表征：圖 實驗裝置之杯式超濾器A：純水通量： 壓力下，先自運行 5 分鐘待運行穩(wěn)定后開始測定純水通量，通量時間段為0～5 分鐘，5～10 分鐘，10～15 分鐘。B：使用 150mg/L 的牛血清蛋白溶液進行實驗： 壓力下，先自運行 5 分鐘待運行穩(wěn)定后開始測定滲透通量，通量時間段為0～5 分鐘，5～10 分鐘，10～15 分鐘。 取 0～5 分鐘，10～15 分鐘的樣品測定截留率。樣品包括原料液和 0～5 分鐘、10～15 分鐘時間段的透過液。C：膜清洗后的純水通量：B 步完成后，使用純水在零壓力下高速沖洗三次。 壓力下，先自運行 5 分鐘待運行穩(wěn)定后開始測定純水通量，通量時間段為0～5 分鐘，5～10 分鐘，10～15 分鐘。D：加壓氮氣下純水通量：從 開始，先自運行 5 分鐘待運行穩(wěn)定后開始測定純水通量，通量時間間隔為 5 分鐘，且每 5 分鐘加壓 ，即測定、 、 各壓力下的 5 分鐘純水通量。E：使用 150mg/L 的牛血清蛋白溶液進行實驗： 壓力下，先自運行 5 分鐘待運行穩(wěn)定后開始測定滲透通量，通量時間段為0～5 分鐘，5～10 分鐘，10～15 分鐘。 取 0～5 分鐘，10～15 分鐘的樣品測定截留率。樣品包括原料液和 0～5 分鐘、10～15 分鐘時間段的透過液。 120987654321圖 實驗流程圖1 為氮氣瓶，4 為壓力表，3 為氮氣閥，5 為進氣管，6 為進氣閥，7 為進料閥，8 為進料管，9 為杯式超濾器，10 為超濾膜，11 為水閥，12 為出液管 計算公式（1）計算超濾膜的純水通量（J VW）：在恒定的壓力下（） ，測定單位膜面積單位時間內(nèi)的純水通量，純水通量的計算公式為：[1,4] （21）tAVJW??式中：J VW——純水通量，單位 L/(m2?h)； V——純水透過量，單位 L； A——超濾膜有效面積，單位 m2；t——收集透過純水所用的時間，單位 h。（2）計算 BSA 溶液的滲透通量（J v）：過濾牛血清蛋白溶液與純水條件相同，可采用下式計算： （2tAVJ??2）（3）計算超濾膜的截留率：用 Cary50 紫外可見分光光度計分別測定樣品原料液和透過液的吸光度值(280nm波長下) ，根據(jù)吸光度值計算截留率 [14]，計算公式如下： （2%10)(10)( ??????FPFPACR3）式中： R——截留率；CP、 CF——透過液、原溶液中特定溶質(zhì)的濃度；AP 、A F——透過液、原料液的吸光度值。（4）計算超濾膜污染后的純水通量（ ）：39。VWJ超濾膜過濾 BSA 溶液后，經(jīng)一般純水沖洗，再次過濾純水。此時的純水通量（ ）與膜污染前的純水通量（J VW）計算方法相同。39。VW（5）計算超濾膜的通量衰減率（D）：超濾膜的通量衰減率是指超濾膜過濾 BSA 溶液前后純水通量之差與過濾前純水通量之比，可用下式計算： （2%10()39。???VWJ4）3 .結果與討論 Fe3O4 含量對未磁化超濾膜的影響有文獻 [813]報道了在有機膜中添加無機填料可以改變膜的結構，提高膜的性能，但在這些研究中添加的無機填料主要是 SiOAl 2OZrO TiO 2 等，以 Fe3O4 作為填料的研究尚不多見。本實驗采用 Fe3O4 為無機填料，考察 Fe3O4 含量對一般超濾膜滲透通量、截留率、耐污染等性能的影響。 Fe3O4 含量對未磁化超濾膜的通量、截留率的影響 以往關于有機膜中添加無機填料的報道，多考慮的是低含量的無機填料對超濾膜性能的影響，關于高含量無機填料對超濾膜性能的影響的文獻不多，因此，本實驗研究寬范圍（0wt%～80wt%）Fe 3O4 含量對超濾膜性能的影響，具有一定的理論研究意義。將未磁化超濾膜先過濾純水，再過濾 BSA 溶液，分析 Fe3O4 含量對膜純水通量、BSA溶液滲透通量及截留率的影響。1001020304050607080900120340560780910JV/Lm2hFe3O4/% W圖 未磁化膜純水通量與 Fe3O4 含量的關系圖 可以看出 Fe3O4 含量對超濾膜的純水通量(J VW)有一定的影響。Fe 3O4 含量低于 40wt%時，超濾膜的純水通量很小，一般保持在 10L/(m2?h)以下，且純水通量隨Fe3O4 含量增加變化不大；當 Fe3O4 含量超過 40wt%時，超濾膜的純水通量開始突增，到 80wt%含量時達到最大為 100L/(m2?h)，是 40wt%含量時純水通量的 10 倍。以上現(xiàn)象與 Genn233。[13]的相關報道一致，Genn233。 發(fā)現(xiàn)二氧化鋯 颶風超濾膜的滲透性能會隨著鑄膜溶液中無機填料量的增加而增加，但在顯微照片中觀察不到膜表面孔徑和孔隙率的變化，滲透通量的變化是無機填料的存在破壞正常相變行為的結果；當填料的含量達到 40%以上時，無機填料的阻礙作用使得膜的表皮層的孔密度增大，繼續(xù)增大填料量時，會影響表皮層的形成，強化多孔支撐層間的連接，通量逐漸增大。100102030405060708090510520530540505JV/LM2h Fe3O4/wt% w圖 未磁化膜過濾 BSA 溶液的滲透通量與 Fe3O4 含量的關系過濾 BSA 溶液的滲透通量隨 Fe3O4 含量變化的情況如圖 所示：其與圖 所呈現(xiàn)的 Fe3O4 含量對純水通量的影響規(guī)律完全一致。但由于過濾 BSA 溶液是一個膜污染過程，所以 Fe3O4 含量高于 40wt%后的滲透通量較純水通量小許多，80wt%含量時的滲透通量為 50L/(m2?h)，是相同條件下純水通量的 1/2。10010203040506070809076808248690294698102R0/%Fe3O4/% w圖 未磁化超濾膜過濾 BSA 溶液的截留率與 Fe3O4含量的關系圖 所反映的是過濾 BSA 溶液時未磁化超濾膜對 BSA 溶液的截留率（R） 。未磁化膜的截留率最小為 78%，最高達到 100%；超濾膜的截留率隨 Fe3O4 含量的增加基本呈現(xiàn)上升趨勢，F(xiàn)e 3O4 含加量低于 40wt%時的截留率都很小，高于 40wt%的膜的截留率都很高，最低為 92%，平均值為 96%。Fe 3O4 填料含量低于 40wt%時，鑄膜液濃度小，粘度也很小，使得刮出的膜孔徑大，孔隙率小，影響了膜的通量和截留率；Fe 3O4含量高于 40wt%時，鑄膜液粘度隨濃度增大逐漸增大，使得刮出的膜孔徑變小，孔隙率增大，致使膜通量增大，又由于皮層變薄，貫通性增強，使得膜的截留率也高。 Fe3O4 含量對未磁化超濾膜耐污染性的影響 討論超濾膜的耐污染性，可以從絕對耐污染和相對耐污染兩個方面分析 [30]。先將超濾膜過濾純水，再過濾 150mg/L 的 BSA 溶液，接著用純水對膜進行一般沖洗，最后再次過濾純水。對比前后兩次超濾膜的純水通量，可得膜絕對耐污染性能，純水通量越大，絕對耐污染性越強。一般我們采用通量衰減率來分析超濾膜的相對耐污染性 [31,32]，通量衰減率即污染前后純水通量之差與污染前純水通量的比值，通量衰減率越大，膜的相對耐污染性越差。1001020304050607080900120340560780910Jvw/Lm2hFe3O4/wt% W12圖 不同 Fe3O4含量的未磁化膜清洗前后純水通量比較W1為污染前的純水通量，W2為清洗后的純水通量圖 反映的是未磁化超濾膜污染前后的兩次純水通量與 Fe3O4 含量的關系。很明顯，污染前后的超濾膜純水通量受 Fe3O4 含量影響變化規(guī)律完全一致。 Fe3O4 含量低于40wt%的膜，純水通量都很小，且污染前后純水通量相差不大；Fe 3O4 含量高于 40wt%的膜，隨著 Fe3O4 含量的增加，純水通量逐漸增大，未磁化膜的絕對污染性逐漸增強。100102030405060708090505105205305405D/%Fe3O4/% W圖 未磁化膜純水通量衰減率與 Fe3O4 含量的關系圖 反映通量衰減率與膜相對耐污染性的關系。Fe 3O4 含量處于 0wt%～40wt %范圍時，衰減率基本處于 10%以內(nèi)，且波動幅度不大。Fe 3O4 含量高于 40wt%時，隨著Fe3O4 含量的增加，膜的衰減率逐漸變大，最大達到 35%；衰減越嚴重，耐污染性越差，膜的相對耐污染性隨著 Fe3O4 含量的增加逐漸變差。 未磁化超濾膜耐壓性能的檢測眾所周知超濾過程是以壓力為推動力的分離過程 [16]，在超濾過程中膜的滲透通量與操作壓力成線形關系。由以上實驗數(shù)據(jù)分析結果來看，F(xiàn)e 3O4 含量低于 40wt%時，對超濾膜性能的影響不明顯，故我們在分析耐壓性能時，著重分析 Fe3O4 含量高于 40wt%的膜的耐壓性能。1502025030Jvw/Lm2h P/Ma 50w6 780w圖 Fe3O4含量為 50wt%、60wt%、70wt%、80wt%的未磁化膜耐壓測試圖 反映的是不同 Fe3O4 含量的超濾膜純水通量與操作壓力的關系。從圖中可以看出：Fe 3O4 含量為 50wt%、60wt%、70wt%、80wt%的未磁化超濾膜整體性很好，滲透通量隨操作壓力的增加而增加，基本與壓力成線形關系；相同壓力下，隨著 Fe3O4含量的增加，超濾膜的純水通量也增大。404550560657075809293949596979891010R/%Fe3O4/wt% W12圖 未磁化膜耐壓測試前后的 BSA 溶液截留率比較W1耐壓測試前的 BSA 溶液截留率，W2耐壓測試后的 BSA 溶液截留率超濾過程以壓力為推動力，超濾膜所能承受的最大壓力也是表征超濾膜的一個重要