贾宏宇;刘宁宁;张哲;尹云智
【摘 要】高分子分离膜是用于分离提纯的一种功能高分子材料,近年来备受人们的关注.相比于传统的石油基类膜材料,聚乳酸分离膜具有可降解、生物相容性好等优点,是一种新型绿环保的膜材料,在诸多领域都具有广泛的应用前景.对目前国内外聚乳酸分离膜的研究进展进行了总结,重点从膜的制备方法、膜结构与性能的影响因素以及膜的改性等方面进行了阐述,最后对聚乳酸分离膜的发展趋势进行了展望.%Polymer separation membrane is a kind of functional polymer material used for separation and purification,which has attracted much attention in recent years.Compared with the traditional petroleum based membrane materials,poly(lactic acid)membranes have the advantages of biodegradability and good biocompatibility.As a new type of green environmental protection membrane material,it has a wide range of applications in many fields.In this paper,the research progress of PLA separation membrane at home and abroad is summarized.The methods of preparation,influencing factors of membrane structure and properties,and modification of P LA membrane are mainly elaborated.Finally,the development trend of PLA separation membranes are prospected.
【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》
【年(卷),期】2018(038)001
【总页数】6页(P10-15)
【关键词】聚乳酸;分离膜;环保
【作 者】贾宏宇;刘宁宁;张哲;尹云智
【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;中国石油抚顺石化公司,辽宁抚顺113008;中国石油抚顺石化公司,辽宁抚顺113008
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ317
膜分离技术是20 世纪 60 年代基于多学科交叉发展起来的一门新型的分离技术，被誉为21世纪具有广阔应用前景的一项高新技术[1]。其应用从早期海水和苦咸水的淡化发展到石油、化工、食品、医药、电子工业以及生物工程等领域。相比于传统的分离纯化技术，如过滤、蒸馏、离心、萃取、重结晶等，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、无相变、无二次污染、常温下可连续操作、操作方便等优点[2-4]。根据推动力和分离机理的不同，膜分离技术分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、透析(D)、气体分离(GS)和渗透蒸发(PV)等。
膜分离技术的核心部件是膜材料。近年来，随着高性能膜材料的迅速发展和膜分离技术应用领域的日益扩大，人们对膜材料性能的要求越来越高，因此开发性能优良的膜材料具有重要意义。膜材料的种类很多，目前广泛应用的分离膜材料主要集中于聚偏氟乙烯(PVDF)[5-6]、聚砜(PSF)[7-8]、聚醚砜(PES)[9-10]等石油基聚合物。制备该类石油基聚合物的原料是不可再生的石油资源，并且石油基聚合物废弃之后作为垃圾难降解，易造成环境污染。聚乳酸(PLA)又名聚丙交酯，是由玉米等农作物发酵产生的乳酸再经过聚合得到的一种可生物降解的聚合物材料[11-12]，其应用范围日益广泛，被人们认为是有希望替代石油基聚合物的生物基材料。聚乳酸凭借其较好的成膜性、可控降解性以及良好的生物相容性，
在水处理、医疗卫生、电子工业等多个领域都具有巨大的应用潜力。
我的青春我的爱本文综述聚乳酸分离膜的制备方法、膜结构与性能的影响因素以及膜的改性，并展望聚乳酸分离膜的发展趋势。
灾变论>国内生产总值物价平减指数
1 聚乳酸分离膜的制备方法
1.1 热诱导相分离法
热诱导相分离法是20世纪80年代发展起来的一种制膜的新技术。它是将聚合物与高沸点、低相对分子质量的稀释剂在高温下形成均匀溶液，再以一定的速度冷却，诱导发生固-液或液-液相分离，而后脱除稀释剂成为聚合物膜[13]。
T.Tanaka等[14]将聚-L-乳酸(PLLA)溶于1,4-二氧六环(DO)和水的混合溶液中，利用热诱导相分离法制备了质量分数为10%的PLLA微滤膜，细胞过滤实验证明膜的孔径在0.6～4.4 μm。随后，T.Tanaka等[15]采用上述同样的方法制备了质量分数为15%的PLLA膜。研究发现，PLLA溶液的质量分数从10%增加至15%，膜的细菌截留率从20%增加至60%；将铸膜液预蒸发2 min，细菌截留率增加至99%。S.Zereshki等[16]以质量分数7.5%的PLA为基质，
为溶剂，采用热诱导相分离法制备了PLA致密膜，用于蒸发分离甲醇/甲基叔丁基醚共混物。S.Zereshki等[17]还向铸膜液中加入致孔剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，采用同样的制膜方法制备了PLA致密膜，用于蒸发分离乙醇/环己烷共沸物。研究发现，随着PVP添加量的增加，提高了膜的亲水性和对乙醇的亲和性，进而提高了乙醇/环己烷共沸物的分离效率。此外，膜孔隙率的增加使膜的总过滤通量也得到提高。 1.2 浸没沉淀相分离法
浸没沉淀相分离法是将聚合物溶于极性溶剂形成均匀铸膜液，再将铸膜液浸入水、醇、酮等非溶剂凝固浴中，此时铸膜液内的溶剂向非溶剂扩散，而非溶剂向铸膜液内扩散，体系发生热力学液-液或固-液相分离形成聚合物膜[18]。浸没沉淀相分离法制备工艺简单，且工艺可变性强，能够根据膜的应用需求灵活地调节其结构与性能，是目前制备聚乳酸分离膜的主要方法。
P.van de Witte等[19]以为溶剂，甲醇为凝固浴，采用浸没沉淀相分离法制备了聚乳酸平板膜。研究了不同立构规整性的PLA(包括PLLA和聚-DL-乳酸(PDLLA))、PLA的相对分子质量以及铸膜液中PLA的质量分数对膜的形成过程及形貌的影响。结果表明，快速
结晶的PLLA能够形成稳定的膜结构。低相对分子质量的PLLA或无定形的PDLLA形成的膜，在经过甲醇凝固浴长时间浸没后会引起膜结构的塌陷。铸膜液中低质量分数的PLLA由于液-液相分离而形成蜂窝状结构；PLLA质量分数的提高会导致多孔状的小球结构或被蜂窝状层围绕的小球结构的产生。采用同样的相分离法，P.van de Witte等[20]还研究了DO-水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)-水、DO-甲醇三个溶剂-非溶剂体系中膜的相分离及其形成过程。其中在NMP-水体系中，由于NMP比DO更加不易溶解PLA，相分离过程发生的速度最快，并且更容易发生液-固相分离，而不易发生液-液相分离。T.Tanaka等[21]将热诱导相分离法和浸没沉淀相分离法结合起来，制备了聚乳酸膜。研究发现，膜光滑的表面是由浸没沉淀相分离过程产生的；膜粗糙的表面是由热诱导相分离过程产生的。
2 聚乳酸膜结构与性能的影响因素
2.1 聚乳酸基质
聚乳酸是聚乳酸分离膜的基质，其在铸膜液中的质量分数以及立构规整性会影响膜的结构与性能。H.Minbu等[22]制备了不同质量分数(5%、15%)的PLA平板微滤膜，并考察了PLA质量分数对膜内部结构及膜阻力的影响。研究发现，PLA质量分数为5%制备的膜较薄，并
且内部存在大量相互贯穿的大孔结构，膜阻力较低；当PLA质量分数增加至15%，膜较厚，并且内部相互贯穿的大孔结构减少，出现了大量的指状孔结构，膜阻力显著增大(见图1)。
(a) w(聚合物)=5%
(b) w(聚合物)=15%图1 聚合物质量分数对PLLA膜结构的影响
N.M.S.Bettahalli等[23]研究了PLLA的质量分数(14%、17%、20%)对PLLA中空纤维膜的孔隙率及机械性能的影响。当PLLA质量分数为17%时，膜具有最高的孔隙率和最佳的机械性能。
H.Sawalha等[24]将不同立构规整性的PLA(无定形的PDLLA和结晶态的PLLA)基质分别溶于二氯甲烷溶剂中，制备PLA膜。PDLLA膜相分离过程中，孔结构容易塌陷，形成的膜内部致密无孔。而PLLA膜结构较稳定，具有多孔的微结构，其内部形貌主要取决于凝固浴的种类。当非溶剂为甲醇时，膜内部为非对称结构；当非溶剂为水时，膜内部为对称的致密球粒状结构。
丁学强>展望五国
2.2 溶剂
朱虹
溶剂用来溶解聚乳酸基质，从而形成均匀的铸膜液。较常用的溶剂有二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1,4-二氧六环(DO)等。高爱林等[25]制备了PLLA血液透析膜，考察了NMP、DMAc和DO三种溶剂对膜结构和性能的影响。结果表明，以NMP为溶剂所制备的PLLA膜具有致密的表面，内部存在大量规则的指状孔结构；以DMAc为溶剂所制备的PLLA膜具有致密的表面，内部为不规则大孔结构；以DO为溶剂得到凹凸不平多孔的表面，内部为胞状孔结构，孔与孔之间不相通。此外，制备膜的溶剂也可以是混合溶剂。H.Minbu等[22]以DO-水为混合溶剂，水为凝固浴，制备了PLA平板微滤膜，混合溶剂中水的存在有利于微孔结构的形成。
2.3 凝固浴
凝固浴，也称非溶剂，是指在浸没沉淀相分离过程中将由铸膜液制成的液膜浸入到其中，非溶剂与溶剂间相互扩散，使体系发生液-液或固-液相分离，从而导致膜的形成。通常要求使用的非溶剂对聚乳酸膜基质的溶解性较差，例如水、乙醇等。凝固浴的组成和温度是影响膜制备的主要因素。Y.Wan等[26]以体积分数为75.0%～99.5%的乙醇溶液作为凝固浴，
为溶剂，制备了PLA平板膜。通过提高凝固浴中乙醇的体积分数可以明显增大膜的孔隙率和孔径尺寸。两种溶剂的混合溶液也可以作为制备PLA膜的凝固浴。Q.Xing等[27]分别以乙醇-DO和乙醇-水两种混合溶液作为凝固浴，并以DO为溶剂，制备了PLA平板膜。增加乙醇-DO混合溶液中DO的比例有利于促进均一的胞状孔结构的形成，孔径尺寸增大，孔隙率提高；增加乙醇-水混合溶液中水的比例，膜的微观形貌从规则的胞状孔结构向不规则的指状孔结构转变，孔径尺寸减小，孔隙率下降。N.M.S.Bettahalli等[23]通过变化凝固浴的温度(4、0、-4、-6、-10 ℃)发现，当凝固浴温度为-6 ℃时，制备的膜具有开阔的表面结构。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议