沉淀相轉(zhuǎn)化法磁性聚砜超濾膜的性能研究

王坤

(新沂市星辰新材料科技有限公司，江蘇 新沂 221400)

超濾過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移，超濾膜由于污染問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致通量大幅度衰減，使膜壽命縮短。這是超濾應(yīng)用中普遍存在的問(wèn)題，所以，開(kāi)發(fā)滲透通量高、耐污染性好的超濾膜一直是超濾研究的焦點(diǎn)。

工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的聚合物主要是聚砜(PSF)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)等材料。其中聚砜因具有耐酸堿、剛性強(qiáng)、強(qiáng)度高、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定、耐熱、耐氯性好及抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，成為目前工業(yè)中使用最普遍的制膜材料。

有文獻(xiàn)[1～6]報(bào)道了在有機(jī)膜中添加無(wú)機(jī)填料，可以增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度，改善膜的滲透通量和耐污染性能。但目前這些研究中所添加的無(wú)機(jī)填料主要是SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等，以 Fe3O4作為填料的研究尚不多見(jiàn)。Fe3O4不溶于水、醇，溶于濃酸、熱強(qiáng)酸且具有磁性，它在一般有機(jī)溶劑中很穩(wěn)定，具有生物兼容性和生物降解性，被廣泛用作磁流體[7～9]。由于Fe3O4具有區(qū)別其他惰性無(wú)機(jī)填料的磁性特性，如在成膜過(guò)程中施加水平磁場(chǎng)作用，磁性物質(zhì)會(huì)在水平磁場(chǎng)作用下發(fā)生定向排列；膜的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)隨成膜物質(zhì)的定向排列而發(fā)生改變，微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)而會(huì)影響膜的性能[10～11]。目前，有關(guān)制膜過(guò)程中的水平磁場(chǎng)作用對(duì)膜的微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)嘗試以聚砜(PSF)為基材、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為致孔劑，二甲基乙酰胺(DMAC)為溶劑，F(xiàn)e3O4為無(wú)機(jī)填料，采用浸沒(méi)相轉(zhuǎn)化法，分別在有外加磁場(chǎng)和無(wú)外加磁場(chǎng)的條件下制備了PSF-Fe3O4超濾膜， 研究了Fe3O4含量及水平磁場(chǎng)作用對(duì)超濾膜性能影響的規(guī)律，該研究結(jié)果對(duì)開(kāi)發(fā)新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)超濾具有一定的理論意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)：化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；二甲基乙酰胺(DMAC)：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；四氧化三鐵(Fe3O4)：分析純，天津博迪化工有限公司，使用100目篩子篩分產(chǎn)物；聚砜(PSF)：分析純，上海金山石化總廠；牛血清蛋白(Mr 68000)：Roche公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

0～25 mm外徑千分尺，上海恒量量具有限公司；HCTP11B·5型架盤藥物天平，北京醫(yī)用天平廠；Cary50型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，美國(guó)瓦里安中國(guó)有限公司；DGB/20-002型臺(tái)式干燥箱，重慶試驗(yàn)設(shè)備廠；WWK-1型空壓機(jī)，天津分析儀器廠；HT20型數(shù)字特斯拉計(jì)，上海亨通磁電科技有限公司。

1.3 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、Fe3O4、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(shè)置烘箱溫度為60℃，放置24 h后取出，冷卻至室溫。

刮膜：將瓷盤洗凈后用蒸餾水潤(rùn)洗并盛滿蒸餾水作為凝膠浴，準(zhǔn)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)30 s后浸沒(méi)于去離子水中進(jìn)行凝膠，15 min后將脫落的膜放入去離子水中漂洗，并浸泡24 h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(chǎng)蒸發(fā)(磁場(chǎng)強(qiáng)度為60.0 mT)，30 s后加入去離子水凝膠，15 min后從磁場(chǎng)中取出放入去離子水中漂洗。

1.4 超濾膜性能的表征

膜性能包括膜的物化性能和分離透過(guò)性能。膜的物化性能主要包括膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)藥品、耐熱溫度范圍和適用pH值范圍等。分離透過(guò)性能主要是指滲透速率和截留分子量及截留率。

1.4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)采用死端杯式超濾器。將實(shí)驗(yàn)裝置的各組件組裝好，如圖1所示。膜的有效面積為38.48 cm2，在溫度(16±2)℃，壓力為0.1 MPa下，依次分別進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)超濾膜的性能進(jìn)行表征：

（1）純水通量

0.1 MPa壓力下，先自運(yùn)行5 min待運(yùn)行穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定純水通量，通量時(shí)間段為0～5 min，5～10min，10～15 min。

（2）使用150 mg/L的牛血清蛋白溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

0.1 MPa壓力下，先自運(yùn)行5 min待運(yùn)行穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定滲透通量，通量時(shí)間段為0～5 min，5～10min，10～15 min。

取0～5 min，10～15 min的樣品測(cè)定截留率。樣品包括原料液和0～5 min、10～15 min時(shí)間段的透過(guò)液。

（3）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?zèng)_洗三次。

0.1 MPa壓力下，先自運(yùn)行5 min待運(yùn)行穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定純水通量，通量時(shí)間段為0～5 min，5～10 min，10～15 min。

（4）加壓氮?dú)庀录兯?/p>

從0.1 MPa開(kāi)始，先自運(yùn)行5 min待運(yùn)行穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定純水通量，通量時(shí)間間隔為5 min，且每5 min加壓0.05 MPa，即測(cè)定0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa、0.30 MPa、0.35 MPa各壓力下的5 min純水通量。

（5）使用150 mg/L的牛血清蛋白溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

0.1 MPa壓力下，先自運(yùn)行5 min待運(yùn)行穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定滲透通量，通量時(shí)間段為0～5 min，5～10min，10～15 min。

取0～5 min，10～15 min的樣品測(cè)定截留率。樣品包括原料液和0～5 min、10～15 min時(shí)間段的透過(guò)液。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

1.4.2 計(jì)算公式

（1）計(jì)算超濾膜的純水通量(JVW)

在恒定的壓力下（0.1 MPa），測(cè)定單位膜面積單位時(shí)間內(nèi)的純水通量，純水通量的計(jì)算公式為：

式中：

JVW— 純水通量，L/(m2·h)；

V—純水透過(guò)量，L；

A—超濾膜有效面積，m2；

t—收集透過(guò)純水所用的時(shí)間，h。

（2）計(jì)算BSA溶液的滲透通量（JV）

過(guò)濾牛血清蛋白溶液與純水條件相同，可采用下式計(jì)算：

（3）計(jì)算超濾膜的截留率

用Cary50紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分別測(cè)定樣品原料液和透過(guò)液的吸光度值(280 nm波長(zhǎng)下)，根據(jù)吸光度值計(jì)算截留率，計(jì)算公式如下：

式中：

R—截留率；

CP、 CF—透過(guò)液、原溶液中特定溶質(zhì)的濃度；

AP、AF—透過(guò)液、原料液的吸光度值。

（4）計(jì)算超濾膜污染后的純水通量（JVW）

超濾膜過(guò)濾BSA溶液后，經(jīng)一般純水沖洗，再次過(guò)濾純水。此時(shí)的純水通量(JVW)與膜污染前的純水通量(JVW)計(jì)算方法相同。

（5）計(jì)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(guò)濾BSA溶液前后純水通量之差與過(guò)濾前純水通量之比，可用下式計(jì)算：

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe3O4含量對(duì)未磁化超濾膜的影響

在有機(jī)膜中添加無(wú)機(jī)填料可以改變膜的結(jié)構(gòu)，提高膜的性能，但在這些研究中添加的無(wú)機(jī)填料主要是SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等，以 Fe3O4作為填料的研究尚不多見(jiàn)。本實(shí)驗(yàn)采用Fe3O4為無(wú)機(jī)填料，考察Fe3O4含量對(duì)一般超濾膜滲透通量、截留率、耐污染等性能的影響。

2.1.1 Fe3O4含量對(duì)未磁化超濾膜的通量、截留率的影響

以往關(guān)于有機(jī)膜中添加無(wú)機(jī)填料的報(bào)道，多考慮的是低含量的無(wú)機(jī)填料對(duì)超濾膜性能的影響，關(guān)于高含量無(wú)機(jī)填料對(duì)超濾膜性能的影響的文獻(xiàn)不多[12～15]，因此，本實(shí)驗(yàn)研究寬范圍（0～80%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Fe3O4含量對(duì)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(guò)濾純水，再過(guò)濾BSA溶液，分析Fe3O4含量對(duì)膜純水通量、BSA溶液滲透通量及截留率的影響。

圖2可以看出Fe3O4含量對(duì)超濾膜的純水通量（JVW）有一定的影響。Fe3O4含量低于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，超濾膜的純水通量很小，一般保持在10 L/(m2·h)以下，且純水通量隨Fe3O4含量增加變化不大；當(dāng)Fe3O4含量超過(guò)40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，超濾膜的純水通量開(kāi)始突增，到80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）含量時(shí)達(dá)到最大為100 L/(m2·h)，是40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）含量時(shí)純水通量的10倍。以上現(xiàn)象與的相關(guān)報(bào)道一致，二氧化鋯-颶風(fēng)超濾膜的滲透性能會(huì)隨著鑄膜溶液中無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)填料的存在破壞正常相變行為的結(jié)果；當(dāng)填料的含量達(dá)到40%以上時(shí)，無(wú)機(jī)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(shí)，會(huì)影響表皮層的形成，強(qiáng)化多孔支撐層間的連接，通量逐漸增大。

圖2 未磁化膜純水通量與Fe3O4含量的關(guān)系

過(guò)濾BSA溶液的滲透通量隨Fe3O4含量變化的情況如圖3所示：其與圖2所呈現(xiàn)的Fe3O4含量對(duì)純水通量的影響規(guī)律完全一致。但由于過(guò)濾BSA溶液是一個(gè)膜污染過(guò)程，所以Fe3O4含量高于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）后的滲透通量較純水通量小許多，80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）含量時(shí)的滲透通量為50 L/(m2·h)，是相同條件下純水通量的1/2。

圖3 未磁化膜過(guò)濾BSA的滲透通量與Fe3O4含量的關(guān)系

圖4所反映的是過(guò)濾BSA溶液時(shí)未磁化超濾膜對(duì)BSA溶液的截留率(R)。未磁化膜的截留率最小為78%，最高達(dá)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(shì)，F(xiàn)e3O4含加量低于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)的截留率都很小，高于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的膜的截留率都很高，最低為92%，平均值為96%。Fe3O4填料含量低于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，鑄膜液濃度小，黏度也很小，使得刮出的膜孔徑大，孔隙率小，影響了膜的通量和截留率[16]；Fe3O4含量高于40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，鑄膜液黏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(qiáng)，使得膜的截留率也高。

圖4 未磁化超濾膜過(guò)濾BSA的截留率與Fe3O4含量的關(guān)系

2.1.2 Fe3O4含量對(duì)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(duì)耐污染和相對(duì)耐污染兩個(gè)方面分析。先將超濾膜過(guò)濾純水，再過(guò)濾150 mg/L的BSA溶液，接著用純水對(duì)膜進(jìn)行一般沖洗，最后再次過(guò)濾純水。對(duì)比前后兩次超濾膜的純水通量，可得膜絕對(duì)耐污染性能，純水通量越大，絕對(duì)耐污染性越強(qiáng)。一般我們采用通量衰減率來(lái)分析超濾膜的相對(duì)耐污染性，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(duì)耐污染性越差。

圖5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(guān)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40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的膜，純水通量都很小，且污染前后純水通量相差不大；Fe3O4含量高于40%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(duì)污染性逐漸增強(qiáng)。

圖6反映通量衰減率與膜相對(duì)耐污染性的關(guān)系。Fe3O4含量處于0～40 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍時(shí)，衰減率基本處于10%以內(nèi)，且波動(dòng)幅度不大。Fe3O4含量高于40%時(shí)，隨著Fe3O4含量的增加，膜的衰減率逐漸變大，最大達(dá)到35%；衰減越嚴(yán)重，耐污染性越差，膜的相對(duì)耐污染性隨著Fe3O4含量的增加逐漸變差。

圖5 不同F(xiàn)e3O4含量的未磁化膜清洗前后純水通量比較

圖6 未磁化膜純水通量衰減率與Fe3O4含量的關(guān)系

2.1.3 未磁化超濾膜耐壓性能的檢測(cè)

眾所周知超濾過(guò)程是以壓力為推動(dòng)力的分離過(guò)程，在超濾過(guò)程中膜的滲透通量與操作壓力成線形關(guān)系[17]。由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，F(xiàn)e3O4含量低于40%時(shí)，對(duì)超濾膜性能的影響不明顯，故我們?cè)诜治瞿蛪盒阅軙r(shí)，著重分析Fe3O4含量高于40%的膜的耐壓性能。

圖7反映的是不同F(xiàn)e3O4含量的超濾膜純水通量與操作壓力的關(guān)系。從圖中可以看出：Fe3O4含量為50%、60%、70%、80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(guān)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。

超濾過(guò)程以壓力為推動(dòng)力，超濾膜所能承受的最大壓力也是表征超濾膜的一個(gè)重要因素[18]。通過(guò)比較未磁化膜經(jīng)過(guò)耐壓測(cè)試前后過(guò)濾BSA溶液的截留率，可以判斷未磁化膜所能承受的壓力范圍即是否被壓破。從圖8可以看出：Fe3O4含量高于40%時(shí)，膜耐壓測(cè)試后的BSA溶液截留率都比耐壓測(cè)試前的高，也就是說(shuō)，高含量的未磁化膜都可以很好的承受0.35 MPa壓力，沒(méi)有破損。

圖7 Fe3O4含量為50%、60%、70%、80%未磁化膜耐壓性

圖8 未磁化膜耐壓測(cè)試前后的BSA截留率比較

2.2 Fe3O4含量對(duì)磁化超濾膜的影響

有文獻(xiàn)報(bào)道了對(duì)膜加外場(chǎng)，如加電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)等，通過(guò)改變膜微觀結(jié)構(gòu)來(lái)改良膜的性能[19～20]。但關(guān)于以Fe3O4為無(wú)機(jī)填料，加入外場(chǎng)后對(duì)膜性能進(jìn)行改良的研究尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)制備的超濾膜中加入了Fe3O4磁性物質(zhì)而使膜具有磁性，在成膜過(guò)程中施加水平磁場(chǎng)作用，著重考慮不同F(xiàn)e3O4含量對(duì)磁化超濾膜性能的影響。

2.2.1 Fe3O4含量對(duì)磁化超濾膜的通量、截留率的影響

磁化膜的性能表征方法與未磁化膜相同，首先從膜的通量及截留率開(kāi)始。本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了Fe3O4含量范圍為0～80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水平磁化膜的純水通量及過(guò)濾150 mg/L的BSA溶液的滲透通量和截留率。

由圖9可以看出：Fe3O4含量低于60%時(shí)，超濾膜的純水通量很小，一般保持在20 L/(m2·h)以下，且隨Fe3O4含量增加變化不大。當(dāng)Fe3O4含量超過(guò)60%時(shí)，超濾膜的純水通量迅速增加，F(xiàn)e3O4含量達(dá)到80%時(shí)純水通量達(dá)到200 L/(m2·h)以上，是60%時(shí)純水通量的10倍。膜的滲透性能會(huì)隨著鑄膜溶液中無(wú)機(jī)填料量的增加而增加，但顯微照片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(wú)機(jī)填料的存在破壞正常相變行為的結(jié)果。Fe3O4填料含量低于60% 時(shí)，鑄膜液黏度小，導(dǎo)致刮出的膜孔徑大，孔隙率小，使得膜通量小。當(dāng)Fe3O4含量達(dá)到60%以上時(shí)，無(wú)機(jī)填料的阻礙作用使得膜的表皮層的孔徑變小，孔隙率增大，繼續(xù)增大填料量時(shí)，會(huì)影響表皮層的形成，使得皮層變薄，貫通性增強(qiáng)，致使磁化膜通量增加。

圖9 Fe3O4含量對(duì)磁化膜純水通量的影響

磁化膜過(guò)濾BSA溶液的滲透通量情況如圖10所示：其與圖9所呈現(xiàn)的Fe3O4含量對(duì)純水通量的影響規(guī)律完全一致。Fe3O4含量低于60%時(shí)，通量一般低于20 L/(m2·h)，F(xiàn)e3O4含量高于60%后，超濾膜的滲透通量逐漸增大。但由于過(guò)濾BSA溶液是一個(gè)膜污染過(guò)程，所以此時(shí)的滲透通量較相同F(xiàn)e3O4含量下的純水通量小許多，80%時(shí)的滲透通量為65 L/(m2·h)，是相同條件下純水通量的1/3。

圖11所反映的是磁化膜過(guò)濾BSA溶液Fe3O4含量對(duì)BSA溶液截留率（R）的影響。磁化膜的截留率最小為74%，最高達(dá)到90%。低Fe3O4含量時(shí)，雖然Fe3O4也受磁場(chǎng)作用定向排列，但因?yàn)闈舛刃?，?duì)超濾膜的微觀結(jié)構(gòu)影響不大，也就對(duì)截留率影響也不明顯。Fe3O4含量高于60%時(shí)，因水平磁場(chǎng)作用，F(xiàn)e3O4定向排列，超濾膜孔徑分布均勻，截留率很穩(wěn)定，最小值為82%，最大值為84%。

圖10 磁化膜過(guò)濾BSA溶液的滲透通量

圖11 磁化膜過(guò)濾BSA溶液的截留率

2.2.2 Fe3O4含量對(duì)磁化超濾膜耐污染性的影響

與未磁化膜一樣，分析Fe3O4含量對(duì)磁化膜耐污染性能的影響仍從兩個(gè)角度考慮：絕對(duì)耐污染性和相對(duì)耐污染性。

圖12中所示，總體而言：污染前的純水通量比污染后的純水通量高，污染前后純水通量受Fe3O4含量影響變化規(guī)律完全一致。Fe3O4含量為0～60%時(shí)，純水通量都很小，且污染前后的膜的純水通量相差很小，區(qū)別不大；Fe3O4含量高于60%時(shí)，純水通量隨Fe3O4含量增加而增加，通量越大，絕對(duì)耐污染性越強(qiáng)，因此磁化膜的絕對(duì)耐污染性隨Fe3O4含量增加而增強(qiáng)。

從磁化膜的通量衰減率來(lái)分析膜的相對(duì)耐污染性，如圖13所示：Fe3O4添加量低于60%時(shí)，通量衰減率基本處于20%以內(nèi)，且變化幅度不大，可見(jiàn)低含量Fe3O4對(duì)超濾膜耐污染性影響不大。我們著重分析60%以后的耐污染情況，隨著Fe3O4添加量的增加，膜的通量衰減率逐漸變大，最大達(dá)到65%；衰減率越大，衰減越嚴(yán)重，耐污染性越差，因此磁化膜的相對(duì)耐污染性隨著Fe3O4添加量的增加而逐漸變差。

圖12 不同F(xiàn)e3O4含量的磁化膜清洗前后純水通量比較

圖13 不同F(xiàn)e3O4含量的磁化膜純水通量衰減率

2.2.3 磁化超濾膜耐壓性能的測(cè)試

從上面的數(shù)據(jù)分析可以看出，F(xiàn)e3O4含量低于60%時(shí)對(duì)超濾膜性能影響不大，故我們著重分析Fe3O4含量高于60%的磁化膜的耐壓情況。超濾過(guò)程是以壓力差為推動(dòng)力的，超濾膜的耐壓性能也是表征超濾膜性能的一個(gè)重要因素[22～24]。

從圖14可以看出，F(xiàn)e3O4含量為60%、70%、80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的磁化膜整體性很好，滲透通量隨壓力的增加而基本增加，與壓力基本成線形關(guān)系；相同壓力下，F(xiàn)e3O4含量越高，純水通量也越大。

通過(guò)對(duì)比耐壓測(cè)試前后磁化膜對(duì)相同物質(zhì)的截留率，可以判斷超濾膜能否承受0.35 MPa的壓力，耐壓測(cè)試過(guò)程中是否被壓破。如圖15所示，F(xiàn)e3O4含量為60%、70 %、80 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的磁化膜耐壓測(cè)試后的BSA溶液截留率都比耐壓測(cè)試前的高，故所有高Fe3O4含量的磁化膜都能夠承受0.35 MPa壓力，沒(méi)有破損。

圖14 磁化膜Fe3O4含量為60%、70 %、80 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的耐壓測(cè)試

圖15 磁化膜耐壓測(cè)試前后的BSA溶液截留率比較

2.3 磁化膜與非磁化膜性能的比較

本次試驗(yàn)不僅分析了Fe3O4含量對(duì)未磁化膜、磁化膜性能的影響，為了使實(shí)驗(yàn)更加完整，我們還將磁化膜與未磁化膜性能進(jìn)行對(duì)比，以分析加入水平磁場(chǎng)對(duì)超濾膜性能的影響。

分析圖16、圖17可知：就整體而言，無(wú)論是純水通量還是過(guò)濾BSA溶液滲透通量，未磁化膜都比磁化膜低。Fe3O4含量處于0～60%范圍時(shí)，通量都很低且二者相差不大；Fe3O4含量高于60%時(shí)，二者通量迅速增加，但很明顯，磁化膜通量增長(zhǎng)速率比未磁化膜大，80%含量下的磁化膜與未磁化膜純水通量差值為100 L/(m2·h)。這主要是由于Fe3O4在磁場(chǎng)作用下發(fā)生定向排列，使膜微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增強(qiáng)了膜的滲透性[25]。

圖16 磁化膜與非磁化膜純水通量比較

圖17 磁化膜與未磁化膜的BSA滲透通量比較

對(duì)比未磁化膜與磁化膜的截留率，如圖18所示，磁化膜截留率最低為74%，最高為90%，而磁化膜截留率最低為78%，最高為100%。顯而易見(jiàn)，相同F(xiàn)e3O4含量下磁化膜截留性能比未磁化膜略差。

圖18 磁化膜與未磁化膜截留率比較

圖19、圖20分別對(duì)比磁化膜與未磁化膜的絕對(duì)耐污染性和相對(duì)耐污染性。如圖19所示：對(duì)比磁化膜與未磁化膜在污染后經(jīng)過(guò)一般清洗后的純水通量，在Fe3O4含量低于60%時(shí)，二者的通量基本處于20 L/(m2·h)以下，且變化不大；在Fe3O4含量高于60%時(shí)，磁化膜通量明顯高于未磁化膜。由上可見(jiàn)：高Fe3O4含量條件下，磁化膜的絕對(duì)耐污染性比未磁化膜強(qiáng)。

圖19 磁化膜與未磁化膜污染后純水通量對(duì)比

圖20 磁化膜與未磁化膜通量衰減率的對(duì)比

圖20中，對(duì)比磁化膜與未磁化膜的通量衰減率，二者隨Fe3O4含量增加而變化的規(guī)律基本一致，通量衰減率越大，耐污染性越差。在Fe3O4含量低于60%時(shí)，二者通量衰減率基本處于20%以下，且相差不大；Fe3O4含量高于60%時(shí)，磁化膜衰減率增長(zhǎng)速度比未磁化膜大。也就是說(shuō)：高Fe3O4含量條件下，磁化膜的相對(duì)耐污染性比未磁化膜差。

3 結(jié)論

本文以聚砜(PSF)為基材、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為致孔劑、Fe3O4為礦物添加填料，利用相轉(zhuǎn)化法制備了PSF-Fe3O4有機(jī)礦物超濾膜，通過(guò)測(cè)定PSFFe3O4有機(jī)礦物超濾膜的純水通量、處理牛血清蛋白水溶液時(shí)的滲透通量及截留率、清洗后膜性能的恢復(fù)情況及耐壓測(cè)試得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)未磁化超濾膜而言，F(xiàn)e3O4添加量小于40%時(shí)，超濾膜的通量及截留率都較小，變化幅度不大；當(dāng)Fe3O4添加量超過(guò)40%時(shí)，超濾膜的通量和截留率都迅速提高，且隨著Fe3O4填料含量的增加，超濾膜的絕對(duì)耐污染性增強(qiáng)，相對(duì)耐污染性減弱。

（2）對(duì)磁化膜而言，F(xiàn)e3O4添加量小于60%時(shí)，超濾膜的通量及截留率都較小，變化幅度不大；當(dāng)Fe3O4添加量超過(guò)60%時(shí)，超濾膜的通量和截留率迅速提高，且隨著Fe3O4填料含量的增加，超濾膜的絕對(duì)耐污染性增強(qiáng)，相對(duì)耐污染性減弱。

（3）在相同F(xiàn)e3O4含量下，對(duì)比磁化膜與未磁化膜：Fe3O4含量低于60%時(shí)，兩者性能區(qū)別不大，F(xiàn)e3O4含量高于60%時(shí)，磁化膜滲透通量更大，截留率略低，絕對(duì)耐污染性更強(qiáng)，相對(duì)耐污染性較差。