Влияние «жесткости» осадителя в формовочном растворе на структуру и свойства полиэфирсульфоновых мембран

Изучено влияние чисел осаждения (ЧО) смесей жесткого и мягкого осадителей на фазовое состояние и вязкость растворов полиэфирсульфон(ПЭС)/диметилацетамид(ДМАА)/осадитель, структуру и свойства мембран, получаемых на их основе. В качестве добавок осадителей в растворы ПЭС в ДМАА использовали ПЭГ-400 (ЧО > 1000), воду (ЧО = 10,6), 85 %-ную фосфорную кислоту (ЧО = 13,0), глицерин (ЧО = 27,8) и их смеси. На примере смеси Гл/ПЭГ-400 установлено, что с увеличением ЧО добавки область существования стабильных гомогенных растворов расширяется, а при постоянной концентрации смеси Гл/ПЭГ-400 вязкость растворов уменьшается. Показано, что с увеличением ЧО добавки Гл/ПЭГ-400 при постоянной степени насыщения формовочного раствора (0,94–0,95) происходит возрастание удельной производительности мембран по воде с 13 до 150 л/м2 ч. Наиболее резко возрастание потока происходит в интервале ЧО 39,7–125 г/дл. Электронно-микроскопическое исследование показало, что структура мембран в поперечном сечении не претерпевает существенных изменений при варьировании ЧО добавки, однако с увеличением ЧО наблюдается возрастание толщины селективного слоя мембран: при переходе от ЧО = 39,7 г/дл к ЧО = 750 г/дл толщина селективного слоя возрастает с 1 до 4,5 мкм. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что структура и свойства ультрафильтрационных мембран определяются не только степенью насыщения формовочного раствора, но и жесткостью осадителя, введенного в состав формовочного раствора.

1. Liu, Y. Characterization of morphology controlled polyethersulfone hollow fiber membranes by the addition of polyethylene glycol to the dope and bore liquid solution / y. liu, G. H. koops, H. Strathmann // J. Membrane Science. - 2003. - Vol. 223, N 1-2. - P. 187-199. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(03)00322-3

2. Wang, Z. The role of nonsolvent in-diffusion velocity in determining polymeric membrane morphology / Z. Wang, J. Ma // Desalination. - 2012. - Vol. 286. - P. 69-79. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.11.006

3. Holda, A. k. Understanding and guiding the phase inversion process for synthesis of solvent resistant nanofiltration membranes / A. k. Holda, I. F. J. Vankelecom // J. Applied Polymer Sci. - 2015. - Vol. 132, N 27. - App. 42130. https://doi. org/10.1002/app.42130

4. Xu, Z. l. Polyethersulfone (PES) hollow fiber ultrafiltration membranes prepared by PES/non-solvent/NMP solution / Z. l. Xu, F. A. Qusay // J. Membrane Sci. - 2004. - Vol. 233, N 1-2. - P. 101-111. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.01.005

5. Idris, A. Synthesis, characterization and performance of asymmetric polyethersulfone (PES) ultrafiltration membranes with polyethylene glycol of different molecular weights as additives / A. Idris, M. J. Norashikin, M. y. Noordin // Desalination. - 2007. - Vol. 207, N 1-3. - P. 324-339. https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.08.008

6. Chakrabarty, B. Effect of molecular weight of PEG on membrane morphology and transport properties / B. Chakrabarty, A. k. Glishal, M. k. Purkait // J. Membrane Sci. - 2008. - Vol. 309, N 1-2. - P. 209-221. https://doi.org/10.1016/j. memsci.2007.10.027

7. Preparation and characterization of polyethersulfone microfiltration membranes by a 2-methoxyethanol additive / S.-J. Shin [et al.] // Desalination. - 2005. - Vol. 186, N 1-3. - P. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.desal.2005.03.092

8. Torrestiana-Sanchez, B. Effect of nonsolvents on properties of spinning solutions and polyethersulfone hollow fiber ultrafiltration membranes / B. Torrestiana-Sanchez, R. I. ortiz-Basurto, E. Brito-De la Fuente // J. Membrane Sci. - 1999. - Vol. 152, N 1. - P. 19-28. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(98)00172-0

9. Phase separation phenomena of polysulfone/solvent/organic nonsolvent and polyethersulfone/solvent/organic nonsolvent systems / D. Wang [et al.] // J. Applied Polymer Sci. - 1993. - Vol. 50, N 10. - P. 1693-1700. https://doi.org/10.1002/ app.1993.070501003

10. Wang, D. Relationship between mass ratio of nonsolvent-additive to solvent in membrane casting solution and its coagulation value / D. Wang, k. li, W. k. Teo // J. Membrane Sci. - 1995. - Vol. 98, N 3. - P. 233-240. https://doi. org/10.1016/0376-7388(94)00191-z

11. Праценко, С. А. Структура формовочных растворов и ее влияние на характеристики полиамидных мембран / С. А. Праценко, А. В. Бильдюкевич // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. - 1994. - T. 36, № 3. - С. 457-460.

12. Бильдюкевич, А. В. Влияние порообразователей на свойства полиэфирсульфоновых мембран / А. В. Бильдюкевич, С. А. Праценко, Т. В. Плиско // Хим. технология. - 2012. - T. 13, № 3. - C. 174-178.

13. Effects of polyethylene glycol on membrane formation and properties of hydrophilic sulfonated polyphenylenesulfone (sPPSU) membranes / y. Feng [et al.] // J. Membrane Sci. - 2017. - Vol. 531. - P. 27-35. https://doi.org/10.1016/j. memsci.2017.02.040

14. Effect of nonsolvent additives on the porosity and morphology of asymmetric TPX membranes / J.-y. lai [et al.] // J. Membrane Sci. - 1996. - Vol. 118, N 1. - P. 49-61. https://doi.org/10.1016/0376-7388(96)00084-1

15. Effects of solvent on the pore formation in asymmetric 6FDA-4,4′oDA polyimide membrane: terms of thermodynamics, precipitation kinetics, and physical factors / k.-y. Chun [et al.] // J. Membrane Sci. - 2000. - Vol. 169, N 2. - P. 197-204. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(99)00336-1