动电法研究磺化聚醚砜纳滤膜界面电现象.pdf

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1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报第4期2010年4月ChineseJournalofAnalyticalChemistry547～550DOI：10．3724／SP．J．1096．2010．00547动电法研究磺化聚醚砜纳滤膜界面电现象马准高学理汪锰王铎高从堵(中国海洋大学化学化T学院海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，青岛266100)摘要采用动电法对表面具有功能基团解离的磺化聚醚砜纳滤膜(NTR-7450)界面电现象进行探索。其中，在Zeta电位测试过程中引入相关措施，例如采用电化学工作站测定体系总电导(膜体电导、膜表

2、面电导和电解质溶液电导)和变化流道高度等，以便获得更为真实的Zeta电位，进而根据Gouy—Chapman双电层模型系统地考察了离子强度、阴离子种类(KC1，KSO和KPO)对膜表面荷电性能的影响。实验结果表明，在较低浓度(0．1～0．5mmol／L)电解质溶液中，磺酸基的解离是NTR一7450纳滤膜荷电的主要原因；而在较高浓度下(1．0～10mmol／L)，NTR一7450纳滤膜荷电则是由特性吸附引起，并且膜体积电荷密度与电解质溶液浓度之间符合Freundlich吸附等温式：在KC1，K2SO4和K3PO4溶液中分别为：inll(mmol／L

3、)=2．3337+0．7721nC(retool／L)，InIl(mmoL／L)=3．584+1．1191nC(mmo]／L)和lnlI(mmol／L)=2．988+1．0671nC(mmol／L)。关键词聚醚砜；纳滤膜；界面电现象；动电法；电荷密度1引言分离膜的界面电现象显著影响膜的水通量、截留率和耐污染等多方面性能。通常，高分子分离膜的荷电机理多认为是特性吸附和／或功能基团解离。本研究组采用透过式流动电位法测试系统对聚酰胺类纳滤膜的荷电性能进行了探索，从膜皮层、过渡层和支撑层的综合荷电信息可以看出，分离体系中阴离子的特性吸附是聚酰胺类纳滤膜

4、荷电现象产生的主要原因。为了了解表面具有功能基团解离的纳滤膜的荷电特点，本研究选取磺化聚醚砜纳滤膜(NTR一7450)为研究对象，采用动电法探索该膜界面电现象。在平流式流动电位测试过程中引入相关措施，例如采用电化学工作站测定体系总电导(膜体电导、膜表面电导和电解质溶液电导)和变化流道高度等拟合计算Zeta电位，并根据Gouy—Chapman双电层模型系统地考察电解质溶液浓度、离子种类和价态等因素对膜表面荷电性能的影响。2理论部分电解质溶液流过膜表面时在固液界面上会产生一系列动电现象。对流过膜的电解质溶液施加一定的压力，膜两端会形成相应的电位差，

5、流动电位就是流过膜表面的净电流为零时的电位差。流动电位可以用来计算Zeta电位，根据双电层理论，距膜表面某一距离处有一个水溶液与表面发生相对移动的“滑动面”，该处的电位与液体内部的电位之差被称为Zeta电位。膜表面电位是膜动电现象研究中的一个重要参数，同时也反映了膜表面双电层电荷的分布信息。尽管Zeta电位不能直接测定，但它可通过流动电位AE由方程(1)拟合获得。AE=等((1)式中，△△P为流动电位系数；G为总电导(膜体电导、膜表面电导和电解质溶液电导)；叼为电解质溶液粘度；为相对介电常数；8。为真空介电常数；2h为流道高度；L为流道宽；f为

6、流道长度。通过改变流道高度，由平流式流动电位测试系统和电化学工作站分别测得不同电解质溶液不同浓度下的流动电位和总电导，从而根据方程(1)拟合获得真实的膜表面Zeta电位。根据Gouy．Chapman『6]2009-07-09收稿；2009．10-21接受本文系国家自然科学基金(Nos．20636050，20706050)和国家重点基础研究发展计划(No．2009CB623402)资助E—mail：gaocjie@mail．hz．zj．el548分析化学第38卷双电层模型可以计算膜／溶液界面电荷密度()，并将其转化为膜体积电荷浓度()。={2O~

7、r~OKBc[exp(一焉川(2)：(3)r。r式中，c为电解质溶液中离子i的浓度(mmolfL)；为离子i的价态；e为电子电荷；F为法拉第常数；。为玻尔兹曼常数；NA为阿伏加德罗常数；T为绝对温度(K)；rP为膜的有效孑L径(nm)。3实验部分3．1仪器与试剂参比电极为自制的Ag—AgC1电极；DDS一11A数显电导率仪(上海雷磁新泾仪器有限公司)；VC890D数字万用表(深圳市胜利高电子科技有限公司)；Delta320pH计(梅特勒．托利多仪器有限公司)；平流式流动电位测试系统(自制，如图1所示)；IM6EX型电化学工作站(ZahnerEl

8、ektrik，Kronach，Germany)。实验用NTR-7450型磺化聚醚砜纳滤膜(日本NittoDenko公司)。KC1，KSO和K3PO4(