聚乙烯醇超濾膜的研究現狀

摘 要：膜污染是影響超濾膜應用的主要障礙，耐污染超濾膜的制備已成為了當前膜研究的熱點。文章介紹了性能優(yōu)良的聚乙烯醇作為基膜的耐污染超濾膜的研究現狀，其中主要介紹了有機改性聚乙烯醇超濾膜和無機改性聚乙烯醇超濾膜的研究。

關鍵詞：聚乙烯醇；超濾膜；有機改性；無機改性

超濾作為膜分離技術的重要組成，己經在多數領域得到應用，但其使用還是受到一定的限制[1]。膜污染是影響超濾膜應用的主要障礙，因而耐污染超濾膜的制備已成為了當前膜研究的熱點。黃征青等[2]和李娜等[3]分別對膜污染的機理、解決膜污染的辦法以及耐污染膜的研究現狀進行了系統(tǒng)的分析，并指出對現有膜材料進行改性是解決膜污染的常用方法之一，即通過在膜材料上引入親水性基團，從而減少膜對污染性物質的吸附。聚乙烯醇由聚乙酸乙烯酯經醇解反應而制得，是一種含有大量羥基的聚合物，具有高度的親水性、較好的耐酸性、良好的生物相容性和化學穩(wěn)定性，是一種頗具吸引力的膜材料，與其它膜材料相比，具有更好的抗蛋白污染性，因而聚乙烯醇作膜材料的研究備受人們關注[4-9]。但聚乙烯醇基膜易溶脹，不耐壓，強度差、易蠕變，這就大大限制PVA膜的應用。要獲取性能更優(yōu)的PVA膜，必須對其進行改性。我國是聚乙烯醇生產大國，大力開發(fā)具有較好親水性的聚乙烯醇作為基材的性能優(yōu)異的超濾膜，這對我國在各個行業(yè)的發(fā)展具有較大的現實意義。

聚乙烯醇的改性通常是引入第二組份，即能與聚乙烯醇分子中的羥基形成共價鍵或氫鍵，使其轉化成不溶于水的基團，進而提高膜的耐水性能，獲得高強的聚乙烯醇超濾膜。由于引入的第二組分可是有機物或無機物，則可將聚乙烯醇的改性分為有機改性和無機改性。本文將從這兩個方面討論聚乙烯醇超濾膜的研究現狀。

1 有機改性聚乙烯醇超濾膜的研究

有機改性聚乙烯醇超濾膜的基材為聚乙烯醇，引入的第二組分為有機物質。由于制膜方法的不同，可分為熱處理聚乙烯醇超濾膜、交聯(lián)聚乙烯醇超濾膜、接枝聚乙烯醇超濾膜和共混聚乙烯醇超濾膜。

1.1 熱處理聚乙烯醇超濾膜。熱處理是將材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的組織結構，來控制其性能的一種熱加工工藝。

熱處理方法是聚乙烯醇超濾膜改性的一種常用方法，得到了廣泛的研究。結果表明，在100℃對聚乙烯醇超濾膜進行了1小時的熱處理，熱處理的聚乙烯醇超濾膜的選擇性、耐蛋白質污染性以及膜強度都得到了提高；在100℃-175℃的溫度下對聚乙烯醇超濾膜進行了熱處理，在此溫度范圍內伴有部分化學交聯(lián)，熱處理的聚乙烯醇超濾膜由于熱處理膜中的結晶區(qū)域比化學交聯(lián)點處脆性的縮醛鍵有更好的支撐作用，因而具有更好的耐壓性能。在120℃下對聚乙烯醇超濾膜熱處理1-3小時，得到了壓穩(wěn)定性增強，膜通量降低的超濾膜[4]。

1.2 交聯(lián)聚乙烯醇超濾膜。交聯(lián)是指用交聯(lián)劑使兩個或者更多的分子分別偶聯(lián)從而使這些分子結合在一起的過程。由于聚乙烯醇超濾膜在水溶液中的穩(wěn)定性很差，通過交聯(lián)可以增強其的耐水性能。交聯(lián)劑的種類眾多，其主要為醛類和酸類。戊二醛是使用最多的醛類交聯(lián)劑。采用戊二醛作為交聯(lián)劑，制備得到的交聯(lián)聚乙烯醇超濾膜，對油的截留率可達90%以上，同時超濾膜的性能顯著提高。酸類交聯(lián)劑主要有草酸、檸檬酸、馬來酸、硼酸等。有研究者研究了硼酸作為交聯(lián)劑的聚乙烯醇超濾膜，研究表明，硼酸通過與聚乙烯醇分子中的羥基發(fā)生絡合反應改善兩者的相容性，得到較好的交聯(lián)效果，獲得了力學性能優(yōu)良，結構穩(wěn)定的超濾膜。

1.3 接枝聚乙烯醇超濾膜。接枝是指將具有某些性能的基團或聚合物支鏈接到膜上，在膜基體材料上生成接枝聚合物的過程。通過接枝可以改善聚乙烯超濾膜的耐水性能。有研究者對聚乙烯醇為基材，以己內酯為原料對聚乙烯醇基膜進行接枝處理，提高膜的機械強度和耐溶劑性能，得到了具有良好的親水性和耐污染能力超濾膜，結果表明：隨著時間的延長，接枝率增加；接枝膜的耐水性隨著接枝率的增加而增大。

1.4 共混聚乙烯醇超濾膜。共混是指由聚合物和有機物以一定的方式混合，再以不同的成膜方法制備超濾膜的過程[10]。聚乙烯醇能與多種親水性聚合物相容，通過共混改性，共混聚乙烯醇超濾膜結晶度降低，膜的耐水性以及滲透性得以提高。研究發(fā)現，能與聚乙烯醇共混制備超濾膜的物質較多，其主要有聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯等[11]。有研究者通過聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇共混制備共混聚乙烯醇超濾膜，用聚丙烯酸和聚乙烯醇共混制備共混聚乙烯醇超濾膜，結果表明，共混改性后的超濾膜親水性得到提高，耐污染能力增強。

2 無機改性聚乙烯醇超濾膜的研究

無機改性聚乙烯醇超濾膜是以聚乙烯醇為基材，所引入的第二組分為無機物質，即在聚合物基體中引入了無機粒子，也稱有機-無機聚乙烯醇超濾膜。近年來，由于無機改性聚乙烯醇超濾膜既具有無機膜的優(yōu)點，又具有有機膜的特性，因而得到了廣泛的應用。如在有機膜中引入無機質點，膜的機械強度得以增強，壽命增加，膜的親水性能和耐污染能力都得到較大的改善。按無機離子引入方式，無機改性聚乙烯醇超濾膜的制備方法有共混法和溶膠-凝膠法。溶膠-凝膠法由于各種因素還在進一步探索中，本文主要介紹共混法制備的無機改性聚乙烯醇超濾膜。

共混是將有機聚合物和無機粒子以適當的方式混合，再以不同的成膜方法制備出雜化超濾膜。聚合物可以采取溶液形式、乳液形式、熔融形式等與無機粒子混和[10]。該方法的優(yōu)點是具有較靈活的操作方式，其工藝比較簡單；但是，也存在一定的缺點，如存在無機粒子分布不均勻、易團聚等問題，因此通常需要對無機粒子進行表面改性。姜云鵬等[12-14]用相轉化法制備了聚乙烯醇/納米二氧化硅超濾膜，得到了水通量較高，機械強度強、抗污染能力較好的超濾膜，該膜既保留了聚乙烯醇的親水性，又保留了二氧化硅納米陶瓷材料的強度和韌性。此外，向鑄膜液中加入金屬鹽也可以改善聚乙烯醇超濾膜的結構和性能。

3 結束語

超濾膜在傳統(tǒng)的分離領域經得到了廣泛的應用。近年來，由于超濾膜具有處理污水能耗低、分離效率高、出水水質好、操作維護方便等特點，在環(huán)境工程中的應用也得到廣泛的研究。但膜污染始終是超濾膜在實際應用中的障礙，具有高耐污染性能超濾膜的開發(fā)和應用仍然是目前研究和開發(fā)的熱點。已有文獻的研究結果表明，改性聚乙烯醇超濾膜具有優(yōu)良的性能，已成為今后聚乙烯醇超濾膜制備領域的一個發(fā)展方向，但對于該領域的研究工作仍處于發(fā)展階段，許多問題還有待于進一步的研究。

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作者簡介：尹麗（1981-），女，廣西賀州人，工學碩士，講師，主要從事高分子復合材料方面的研究。