磁场诱导低维磁性碳材料对聚砜膜结构及流通特性的影响

作者：于银瑞; 闫超; 曲琦; 张先华; 张子明; 何燕; 徐瑾^*

来源：表面技术, 2023, 52(11): 355-365.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.11.030

• 磁性碳纳米材料
• 微反应器
• 聚砜
• 磁场诱导
• 混合基质膜

目的 在膜的形成过程中，利用磁场力将亲水性磁性碳纳米材料吸引至膜表面，可以在膜表面附加亲水性和磁性，提高膜的渗透通量和截留率，改善膜污染问题。方法 将氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液与Fe3+和Fe2+的混合溶液通入微反应器中预混合后，利用一步水热法引入四氧化三铁(Fe3O4)，制备具有优异磁性能的磁性碳纳米材料(MCN)，并将其共混于聚砜(PSF)基底中，采用磁场诱导非溶剂致相分离法(NIPS)制备磁性混合基质膜(PSF/MCN)。对MCN的形貌结构及磁性等进行表征，并通过改变PSF的浓度研究磁场作用下MCN的定向迁移对膜表面形貌结构及性能的影响。结果 亲水性磁性MCN的饱和磁化强度高达53.17 emu/g(1 emu/g=1 A·m2/kg)，表现出超顺磁性，且MCN在磁场作用下向膜表面定向移动。在相同的磁场强度下，不同聚砜浓度的膜表面表现出不同的形貌特征，并在聚砜的质量分数从15%升至17.5%的过程中，膜表面粗糙度的构成由细微密集的波动形貌转变为宽泛的浮动形貌。此外，MCN的加入改善了膜的内部结构和流通特性，当PSF的质量分数为15%时，膜的平均孔径从0.034 1μm增至1.186 5μm。与同浓度下的纯PSF膜相比，PSF/MCN的亲水角分别降低了18.34%、15.37%、14.69%、18.43%，其纯水通量分别增加了32.51%、23.62%、167.27%、233.88%，且它对牛白蛋白(BSA)的截留率均高达90%以上。结论 在磁场力的作用下，MCN向分离膜表面迁移，大大增加了膜表面亲水基团的数量，提高了分离膜的亲水性和渗透性。同时，MCN均匀分散在膜表面，形成了一层保护膜，提高了膜的分离特性和抗污染性。

• 单位
  机电工程学院; 青岛科技大学