分子量对聚丙烯腈超滤膜的性能影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.001

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (10): 1-4.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.001

分子量对聚丙烯腈超滤膜的性能影响

王春奇¹^,²(), 张雷³, 黄炎培¹^,², 付中禹¹^,²()

^1.长春工业大学化学工程学院，长春 130012
^2.吉林省碳纤维产业创新中心，长春 130012
^3.吉林省产品质量监督检验院，长春 130103

收稿日期:2024-02-01 出版日期:2024-10-26 发布日期:2024-10-21
通讯作者: 付中禹（1988-），男，副教授，研究方向为高分子膜材料， fuzhongyu@ccut.edu.cn
E-mail:1258444366@qq.com;fuzhongyu@ccut.edu.cn
作者简介:王春奇（1999-），男，硕士，研究方向为高分子膜材料， 1258444366@qq.com
基金资助:
吉林省碳纤维重大科技专项(YDZJ202203CGZH025);吉林省碳纤维产业创新中心(2022C002)

Influence of molecular weight on performance of polyacrylonitrile ultrafiltration membrane

WANG Chunqi¹^,²(), ZHANG Lei³, HUANG Yanpei¹^,², FU Zhongyu¹^,²()

^1.School of Chemical Engineering，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China
^2.Carbon Fiber Industry Innovation Center of Jilin Province，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China
^3.Jilin Province Product Quality Supervision and Inspection Institute，Changchun 130103，China

Received:2024-02-01 Online:2024-10-26 Published:2024-10-21
Contact: FU Zhongyu E-mail:1258444366@qq.com;fuzhongyu@ccut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为研究聚丙烯腈（PAN）分子量对PAN超滤膜结构和性能的影响，使用相转化法制备了4种不同黏均分子量（ $M η ≈$ 2.2×10⁵ g/mol、6×10⁵ g/mol、7×10⁵ g/mol、8×10⁵ g/mol）的PAN膜。通过向溶液中加入常用添加剂（PEG⁃4000或SiO₂）的方法调整PAN超滤膜的结构和性能。结果表明，随着PAN分子量的增加，PAN膜的水通量和截留通量都会降低，指状孔减小，亲水性变差；在加入添加剂后，膜的指状孔扩张，亲水性变好。高分子量的PAN膜水通量从初始的100 L/（h·bar）提升到3 000 L/（h·bar），过滤后的油水混合物的浓度均在5 mg/L左右。

关键词: 聚丙烯腈, 分子量, 超滤膜, 添加剂, 相转化

Abstract:

This article reported an investigation on the structure and performance of the polyacrylonitrile （PAN） ultrafiltration membranes prepared by a phase⁃transformation method using four types of PAN with different viscosity average⁃molecular weights （M_η≈2.2×10⁵ g/mol， 6×10⁵ g/mol， 7×10⁵ g/mol， 8×10⁵ g/mol）. PEG⁃4000 or SiO₂ as a common additive was added to the solution to adjust the microstructure and performance of the ultrafiltration membranes. The results indicated that the water flux and retention flux of the ultrafiltration membranes decreased with an increase in the molecular weight of PAN. However， there is a reduction in the finger shaped⁃hole and hydrophilicity with an increase in the molecular weight of PAN. In contrast， the finger shaped⁃hole and hydrophilicity were improved with the addition of the additives. Meanwhile， the water flux of the PAN ultrafiltration membrane with a high molecular weight increased from 100 to 3 000 L/（h·bar） after the addition of the additives， and the average concentration of the filtered oil⁃water mixture was 5 mg/L.

Key words: polyacrylonitrile, molecular weight, ultrafiltration membrane, additive, phase transformation

中图分类号:

TQ325.8

王春奇, 张雷, 黄炎培, 付中禹. 分子量对聚丙烯腈超滤膜的性能影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 1-4.

WANG Chunqi, ZHANG Lei, HUANG Yanpei, FU Zhongyu. Influence of molecular weight on performance of polyacrylonitrile ultrafiltration membrane[J]. China Plastics, 2024, 38(10): 1-4.

图/表 7

样品名称	分子量/g·mol^-1	PEG含量/%	SiO₂含量/%
PAN⁃1	2.2×10⁵ （10 %）	-	-
PAN⁃2	6×10⁵ （5 %）	-	-
PAN⁃3	6×10⁵ （5 %）	1	-
PAN⁃4	6×10⁵ （5 %）	1	0.3
PAN⁃5	7×10⁵ （5 %）	-	-
PAN⁃6	7×10⁵ （5 %）	1	-
PAN⁃7	7×10⁵ （5 %）	1	0.3
PAN⁃8	8×10⁵ （5 %）	-	-
PAN⁃9	8×10⁵ （5 %）	1	-
PAN⁃10	8×10⁵ （5 %）	1	0.3

表1 膜样品的成分和编号

Tab.1 Composition and numbering of membrane samples

图1 不同分子量的PAN超滤膜的水通量

Fig.1 Water flux of PAN ultrafiltration membranes with different molecular weight

图2 不同分子量的PAN超滤膜的平均截留通量

Fig.2 Average retention flux of PAN ultrafiltration membranes with different molecular weight

图3 过滤后的油水平均浓度

Fig.3 Average oil⁃water concentration after filtration

图4 未加添加剂的PAN超滤膜截面形貌图

Fig.4 Cross⁃sectional morphology of PAN ultrafiltration membranes without additives

图5 加入添加剂后PAN超滤膜截面形貌图

Fig.5 Cross⁃sectional morphology of PAN ultrafiltration membranes with additives

图6 不同膜的水接触角测试结果

Fig.6 Water contact angles of different membranes

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