净水处理剂-聚砜超滤膜（一）

膜分离技术被称为对传统化学分离方法的一次革命。对于天然产物的分离，它将是21世纪最有发展前途的新技术之一。膜分离是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。由于其省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技术（如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程），所以是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。

理化性能

砜聚合物是带有一S02—（或砜）主链基团的热塑性工程塑料。聚砜类塑料通常包括聚砜、聚苯砜和聚醚砜。聚砜是在分子主链上含有砜基的芳香族非结晶高性能热塑性工程塑料。

普通双酚A型聚砜（Polysulfone)简称聚砜（PSF),既有聚芳砜的刚性和耐热注，又兼有聚芳醚的柔性。由于PSF塑料色泽透明，尺寸稳定性好，具有优良的力学性能。

聚砜（Polysulfone)分为透明、不透明和填充品级。PSF(聚砜）的主链为苯环，通过醚、砜、异丙基等基团"铰链"连接而成，加热形变温度为175°C,长期使用温度为160°C,短期使用温度为190°C,能在-100°C~150°C范围内保持良好性能。

PSF拉伸强度为（70~75)MPa,弯曲模量2680MPa。具有突出的长期耐蠕变性，在长时间使用过程中力学性能仍能保持不变。PSF还有优异的介电性能，即使放置在水中或在190°C下仍能保持很高的介电性能。在150°C下长时间热老化时，其物理性能和电性能变化很小，且耐蒸气性能优良，经连续2年暴露表明，它的寿命在145°C蒸汽下至少为12年。

工艺技术

PSF(聚砜）

使双酚A和NaOH在二甲基亚砜等溶剂存在下反应生成双酚A钠盐，再与4,4'-二氯二苯砜反应，缩聚成PSF。

PSF的生产可分为一步法和两步法。一步法一次缩聚成PSF,但由于双酚A的复盐，其制备、分离及储存都较困难。由于它极易吸水，同两步法相比，必须増加双酚A复盐的分离程序。国外常采用两步法，在常压下制备。

助剂

成盐剂：主要成盐剂有NaOH、KOH或其他碱金属盐类，通常采用K2C〇3或NaOH。

溶剂：在缩聚过程中，溶剂的存在可加速溶解促进聚合反应。常用的是砜类溶剂,如二甲基亚砜、四甲撑砜等，也可使用二甲基亚砜(DMSO)与甲苯的混合溶剂或N-甲基吡络烷酮（NMP)等。

带水剂：为使反应向正向进行，加快反应速率，尽快脱除体系内生成的水，通常可使用带水剂甲苯、二甲苯等。为防止高温下双酚A的氧化，可反应在氮气保护下进行。

操作过程

向装有搅拌器、加料漏斗、氮气导入管和热电偶及与水收集器相接的六板分流塔的反应釜内，投入计量的双酚A、二甲基亚砜、甲苯，将混合物加热到70°C后，开启搅拌，通氮气置换着内空气，加入NaOH溶液。此时系统分为二相，一为甲苯，二为溶于DSMO中的双酚A钠盐。在通氮气流下可强化反应，易于使用苯与水共沸脱出，经冷凝后分离回收甲苯。继续升温至135°C,经4.5h后水全部蒸出，双酚A的钠盐沉淀。停止通氮气，加大蒸汽压，将温度升到160°C,减压脱除甲苯。使双酚A钠盐呈黏稠液体，再逐渐加入溶于甲苯的DDS,加热升温到160°C,脱除过量溶剂，控制反应温度为160°C,反应1h后检测黏度，当合格后，加入封端剂氯甲烷，5min后终止反应，得成品PSF树脂。

此法温度是影响反应速度的重要因素，反应温度高，和反应进行，缩短聚合时间。但由于DMSO的分解温度为189°C,因此应使缩聚反应温度在180°C或更低的温度下进行。由于反应温度偏高，易于导致不必要的副反应，使PSF产品着色，也可使缩聚反应在150°C下进行。

国外使用封端剂氯甲烷，可降低色泽并生成稳定的聚合物。

国内工艺通常采用甲苯为带水剂，反应为两步法。工艺采用缩聚、粉碎、水洗、干燥、造粒得成品。国外溶剂、铁、氯、氯化钠、羟基等不纯物低，产品纯度高，质量好，色泽浅，相对分子质量高。由于各种杂质的存在量相对较多，使国内产品质量与国外产品比较尚有相当差距。实验如下。

方法1：将20毫摩尔的9,9'-(羟基苯）芴和20毫摩尔的NaOH水溶液投入装有DMSO甲苯混合溶剂的反应釜内，经均匀搅拌后，在150°C下加入CaH2,蒸馏脱除所有的甲苯溶液后，加入20毫摩尔的4,4'-二氯二苯砜，在180°C下反应3h后制成PSF薄膜。特性黏度0.46,玻璃化温度275°C,热分解温度543°C。在加入少量的二氯二苯砜时形成颗粒，不形成薄膜。

方法2：将210g二氢异佛尔酮、151gPbOH和HCI气体；在28~30°C下通入3h装有705gPbOH和30.3gC2H25SH饱和溶液后，在搅拌下反应5h,滴加HCI,在室温下反应8h,制成4,4'-(3,3',5•三甲基环己二烯）二苯酚。

将4,4'-(3,3',5-三甲基环己二烯）二苯酚31.04g、（对>CIC5H4)2S0228.72g和K2S04318g溶于100mL甲苯和200mLNMP(N-甲基吡络烷酮)内，蒸出水，再蒸出甲苯，在160°C下加热4h,再在190°C~195°C下加热1h,制成35.8gPSF。

聚砜超滤膜

膜分离技术是利用天然或人工合成的、具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离，分级、提纯和浓缩的技术。

膜分离方法主要有：运用溶解扩散原理的反渗透法、渗透蒸发法，运用筛分原理的纳滤、超滤、微滤法，以电位差为推动力、将电解液各组分分离的电渗析法等，以及渗透蒸发、促进传递、膜基溶剂萃取、膜基气体吸收、静电拟液膜和膜蒸馏技术等。

所谓渗透是将两种不同溶质浓度的溶液隔开，使低浓度的溶液，穿过半渗透膜迁移至高浓度一端。但外加一反向压力，在远远大于渗透压时，则会使浓溶液向稀溶液一端发生迁移，称为反滲透。通常反渗透压可分离所有溶解和悬浮的物质。

近年，膜技术取得了快速发展。所谓渗透是将两种不同溶质浓度的溶液隔开，使低浓度的溶液，穿过半渗透膜迁移至高浓度一端。但外加一反向压力，在远远大于渗透压时，则会使浓溶液向稀溶液一端发生迁移，称为反渗透。

反渗透技术主要用于水和可溶性物质的分离。反渗透膜由特殊的多聚体构成，非常致密。荷电聚砜材料，是具有荷电性的高分子材料，利用荷电性高分子膜处理荷电性相同的大分子溶液，由于同性电荷相斥，膜污染小，可达到理想的分离效果。

聚砜膜为一种性能优良的膜，膜厚小于40nm,内层空隙率高，孔规则且无致密外层。聚砜膜可制成三层结构的膜:锭状孔的内表层、圆形孔的外表层和枝形孔的中间层。使用氯甲基化聚砜为原料，采用干-湿法纺制中空纤维膜。

改变纺丝液中CMPS的浓度和添加剂含量，可制成透水速度为20~40mL/cm,相对分子质量为6万，对牛血清白蛋白的截留率达90%以上的中空纤维超滤膜；将中空纤维超滤膜用三甲胺溶液浸泡，可进—步制成荷正电超滤膜。

反渗透技术主要用于水和可溶性物质的分离。反渗透膜由特殊的多聚体构成，非常致密。荷电聚砜材料，是具有荷电性的高分子材料，利用荷电性高分子膜处理荷电性相同的大分子溶液，由于同性电荷相斥，膜污染小，可达到理想的分离效果。

用微波等离子体处理膜表面，可使膜表面引入化学形式相同但含量不同的含氧和含氮极性基团，没有生成羰基，并使膜表面受到不同程度的蚀刻；处理后的膜表面亲水性増强，其中以N2、He等离子体处理的膜亲水性提高较大；膜表面生成的极性基团提高了膜表面极性，从而増大了膜表面能，使膜的亲水性得到提高。但蚀刻作用也是改善亲水性的原因，因为蚀刻使膜表面粗糙度増大，増加了膜的比表面积，使得水在膜表面更容易铺展开来。

使聚砜超滤膜表面的结构发生变化，从而改善膜表面的亲水性，把聚砜超滤膜浸入一定浓度的改性液（乙醇、葡聚糖、牛血清白蛋白等）中，用波长为253.7nm的20W紫外（UV)灯辐照膜表面一定时间，在波长为253.7nm的紫外光福照下，键断裂可能生成羰基、苯磺酸基和乙烯基。苯磺酸基和羰基都是亲水性基团，这些亲水性基团的増加使膜表面的亲水基团増多，通量増加，但截留率和膜强度略有下降。

辐照接枝改性对于聚合物材料的物化特性和制备亲水性的膜是一种行之有效的方法，CO60射线辐照是利用高能射线促使形成的高分子膜的内部结构或表面性能发生变化，从而达到聚合物膜改性的目的。聚合物改性既可改变膜的物理、机械性能，又可改变膜的化学或物理化学性能。

以截留分子量为3万的单内皮层聚砜中空纤维超滤膜为基膜，以BP为引发剂，以丙烯酰胺为接枝单体可进行动态法表面光接枝改性。先用紫外光照射BP的溶液，同时用泵将经过照射的BP溶液打到中空纤维膜组件上，在一定压力下从中空纤维内腔穿过，循环液和透过液再流回引发剂池。然后，将丙烯酰胺的溶液用泵打到基膜组件上进行反应。冲洗掉残余的引发剂、单体及均聚物。