硅橡膠-玻璃中空纖維富氧膜的制備

膜法富氧是一種十分常見的富氧技術(shù)，硅橡膠因其透氣性好，氧氣透過(guò)率高，所以是一種非常典型的富氧膜材料。本文利用溶液紡絲-相轉(zhuǎn)化法制備了具有不對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)的玻璃中空纖維前驅(qū)體膜，通過(guò)浸漬法負(fù)載硅橡膠，得到了硅橡膠-玻璃富合膜，在對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察了浸漬液濃度、浸漬次數(shù)等因素對(duì)復(fù)合膜富氧性能的影響。以DMAC為溶劑，PVDF為添加劑，將兩者混合后，水浴攪拌至PVDF完全溶解形成聚合物溶液，把玻璃粉緩慢加入到聚合物溶液中，繼續(xù)攪拌12h確保玻璃粉均勻分散在聚合物中形成鑄膜液。紡絲流程見圖1。圖1中空纖維前驅(qū)體膜的制備流程圖硅橡膠-玻璃中空富氧膜的制備。玻璃中空纖維前驅(qū)體膜在鼓風(fēng)干燥箱中干燥1h備用。取一定量正己烷溶液將高黏度的硅橡膠稀釋到所需濃度，室溫下攪拌1h后加入交聯(lián)劑（正硅酸乙酯）和催化劑（二月硅酸二丁基錫）繼續(xù)攪拌30min。溶液均勻后將前驅(qū)體膜加入到溶液中，確保膜被完全浸泡在溶液中，浸漬過(guò)程不斷振蕩，使前驅(qū)體膜被硅橡膠溶液充分浸漬。將帶有浸漬液的前驅(qū)體膜轉(zhuǎn)移到干燥箱中干燥1h得到硅橡膠-玻璃中空復(fù)合膜。圖2為玻璃中空前驅(qū)體膜斷面掃描電鏡照片。從圖2中可以看出，基膜呈現(xiàn)內(nèi)外不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。其內(nèi)層為輻射狀的指狀大孔，這種結(jié)構(gòu)不僅能很好的起到支撐作用，而且還可以大大提高基膜的比表面積。前驅(qū)體外層是類似于海綿狀孔，相對(duì)于基膜內(nèi)層，外側(cè)的膜孔則更為致密。圖2玻璃中空前驅(qū)體膜斷面及內(nèi)外表面形貌圖3是經(jīng)過(guò)不同濃度浸漬液改性后的復(fù)合膜紅外光譜圖。對(duì)比圖3中不同濃度條件下的FTIR圖譜可知，隨著浸漬液濃度的增加，在1010cm-1處和2970cm-1附近會(huì)有峰強(qiáng)不斷增加的吸收峰，說(shuō)明復(fù)合膜中主鏈Si-O-Si鏈和-CH3含量隨著浸漬液濃度的增加而增加，表明硅橡膠已成功附著在玻璃中空纖維前驅(qū)體基膜上。圖3采用不同濃度的浸漬液得到的硅橡膠-玻璃中空富氧膜紅外光譜圖浸漬不同次數(shù)后復(fù)合膜的XPS圖譜如圖4所示。從圖4可以看出，隨著浸漬次數(shù)增多，Si元素的峰越來(lái)越明顯，表明玻璃中空纖維基膜表面的硅橡膠含量也不斷增多。圖4不同浸漬次數(shù)后復(fù)合膜的XPS譜圖圖5為硅橡膠濃度對(duì)復(fù)合膜性能的影響的折線圖。由圖5可以看出，隨著硅橡膠濃度的繼續(xù)增高，空氣經(jīng)過(guò)富氧膜分離后的氧氣濃度緩慢上升。增加硅橡膠濃度可使硅橡膠黏度提高，進(jìn)而使其更好的附著在玻璃中空纖維基膜上，更有利于使其在基膜中形成無(wú)缺陷的硅橡膠選擇層，提高富氧效率。圖5浸漬液（PDMS）濃度對(duì)復(fù)合膜富氧濃度的影響（浸漬次數(shù)：1次，浸漬時(shí)間：10min）圖6為浸漬次數(shù)與復(fù)合膜富氧后O2濃度的關(guān)系曲線圖，浸漬時(shí)間分別為5min和10min。由圖6可知，隨著浸漬次數(shù)的繼續(xù)增多，兩組復(fù)合膜的富氧性能也在不斷改善，浸漬時(shí)間10min和5min的膜分別能達(dá)到24.5%和22.6%。當(dāng)浸漬次數(shù)達(dá)到4次時(shí)，浸漬時(shí)間5min的復(fù)合膜的富氧性能繼續(xù)提升，而浸漬時(shí)間10min的復(fù)合膜失去了對(duì)氧氣的選擇透過(guò)性，這是因?yàn)榻n次數(shù)過(guò)多，膜孔被浸漬液完全堵住造成的。圖6浸漬次數(shù)對(duì)復(fù)合膜性能的影響（PDMS濃度：3.3%）采用溶液紡絲-相轉(zhuǎn)化法制備了玻璃中空纖維前驅(qū)體膜，將干燥后的前驅(qū)體基膜浸漬在硅橡膠溶液中，后經(jīng)過(guò)固化制成硅橡膠-玻璃中空復(fù)合膜。通過(guò)掃描電鏡、FTIR、XPS，對(duì)改性前后的復(fù)合膜進(jìn)行了測(cè)試分析。電鏡圖片顯示基膜具有不對(duì)稱的孔結(jié)構(gòu)且分布了大量的指狀