[发明专利]一种超滤膜贯通孔径及孔径分布的测试方法及对应的测试装置

说明书

本发明公开了一种超滤膜贯通孔径及其分布的测试方法，其方法是膜置于纯水中超声浸润后取出，将其置于膜池，开始湿曲线测试，然后进行干曲线测试，记录不同进气压力下的膜透气流量_，当干/湿曲线重合，停止进气，完成孔径测试；然后通过光学法测量膜表观接触角θ^*，记录表观接触角随时间的变化，得到平衡接触角θ_e。根据拉普拉斯方程，得到膜平均孔径。膜孔径分布根据相邻两点干/湿曲线所对应的气体流量计算。本发明以水作为浸润液，与超滤膜相容性好，孔径测量过程不需膜干燥处理，避免膜孔结构的破坏。该方法特别适用于20nm~50nm超滤级孔径，其测量数据准确性高，方法简单，实用性较强。

技术领域

本发明涉及多孔膜结构测量与表征技术领域，特别是涉及一种膜贯通孔径和孔径分布的测试方法及对应的测试装置。

背景技术

孔径是多孔膜性能的重要指标，直接影响膜应用性能。其中，膜孔既包括作为有效孔的贯通孔，也包括回转孔、盲孔和死孔、球泡孔等无效孔。对于多孔膜，只有贯通孔才能决定膜分离效果，因此孔径的严格定义应该是贯通在膜两侧孔道中的孔喉直径。由于无效孔的存在，按照一般定义计算的平均孔径和孔径分布与膜的实际有效孔径存在偏差。

孔径和孔径分布可用电镜法、压汞法、氮气吸附脱附法和气液置换法测量。电镜法最能直观表征膜孔径结构，但其测量数据不够准确。在孔径测量方面，电镜主要用于二维形貌表征，不能准确获得复杂膜孔道的孔喉尺寸。测试前需要将聚合物膜进行喷金处理，尽管喷金厚度只有12nm，金层会覆盖膜孔使孔径降低。在孔径分布计算方面，电镜采取人为选择图像阈值，数据准确性和重现性均受到影响。氮气吸附脱附法虽然适于孔径2nm～50nm介孔材料的全孔径分析，但不能识别贯通孔，不适于分离膜的孔径分析。同样地，压汞仪也无法识别贯通孔，加之测试压力过高，刚性不足的膜孔结构易压缩变形或塌陷。气液置换法与上述孔径分析方法不同，能够测量膜贯通孔和孔径分布，在操作过程中存在如下问题：一、为了提高浸润效果，采用低表面张力的全氟聚醚或氟碳表面活性剂润湿样品，易发生膜样品结构溶胀或膜表层脱落。二、浸润前需要将膜样品干燥处理，干燥处理会不同程度地影响膜孔结构，导致测量结果偏离实际值。

根据上述方法的测量原理，电镜法、压汞法和氮气脱附吸附法无法区别贯通孔和无效孔。采用低表面张力浸润液的气液置换法，由于膜与浸润液的相容性和制样干燥处理的问题，会影响孔径测试的可操作性和测试结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种超滤膜贯通孔径及孔径分布的测试方法及对应的测试装置，依此测量的超滤膜孔隙率具有结果准确、数据重现性高等特点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种超滤膜贯通孔径及其分布的测试方法，包括以下步骤：

(1)运行湿曲线：将超滤膜浸泡在纯水浸润液中，待浸润完全后，取出超滤膜并放入膜池中，把膜池与气压系统连接，缓慢提高气压系统通入的气体压力，记录透过膜的气体流量和气体压力，得到湿曲线；

(2)运行干曲线：将运行湿曲线后的超滤膜置于湿曲线测试的膜池中，然后把膜池与气压系统连接，缓慢提高气压系统通入的气体压力，记录透过超滤膜的气体流量和气体压力，得到干曲线；当气体流量与压力呈线性增大趋势，并且干曲线与步骤(1)中所述的湿曲线重合时，确定所述干曲线斜率50％的半干曲线与湿曲线相交处的气体压力P_A；

(3)测量膜表观接触角：取出步骤(2)中测量完的超滤膜，滴加测试液，通过光学法测量膜表观接触角θ^*，记录表观接触角θ^*随时间的变化，得到平衡接触角θ_e，测量结束；

(4)平均孔径计算：按照以下公式计算膜贯通平均孔径：