[發明專利]超濾膜泡點測定儀及超濾膜平均孔徑測定方法

有效

• 申請號: 201010579477.1
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102087103A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 樓福樂;梁國明;徐繼平;劉光全
• 申請（專利權）人: 上海斯納普膜分離科技有限公司
• 主分類號: G01B13/08
• 分類號: G01B13/08;G01N15/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 薛琦;朱水平

技術領域

本發明涉及對超濾膜的結構相關參數的測定，特別是涉及一種超濾膜泡點測定儀以及一種采用該超濾膜泡點測定儀實現的超濾膜平均孔徑測定方法。

背景技術

對多孔膜的形態表征包括結構相關參數以及滲透相關參數。結構參數主要包括：孔徑(最大孔徑和平均孔徑)、孔徑分布、皮層厚度以及表面孔隙率；而滲透參數則指通過溶質的截留率測定確定型號的多孔膜對特定溶質的實際分離參數。

微濾膜為孔徑較大的多孔膜，而超濾膜則為孔徑較小的多孔膜，平均孔徑是這兩類濾膜的一項基本特性參數，決定著其應用領域或使用項目，因此準確地測定這兩類濾膜的平均孔徑對于濾膜研制和生產單位而言是十分重要的。

目前，對微濾膜以及超濾膜的平均孔徑的測定方法一般分為兩種：泡點法和標準顆粒法。

以市售可得的DJ-5型泡點測定儀為例對泡點法的工作原理進行說明。泡點法主要是通過測量將空氣透過充滿液體的濾膜所需的壓力來測定濾膜的孔徑。在泡點測定儀中，氣泡室中濾膜的上表面與液體(例如水)接觸，液體使濾膜潤濕，此時濾膜的所有微孔均充滿著該液體；該濾膜的下表面則與氣室連通，當逐漸增大氣室中的空氣壓力至一定值時，空氣便會開始穿過濾膜的微孔，在氣泡室中形成氣泡。此時，空氣壓力與濾膜的微孔孔徑之間的關系由Laplace方程d＝4kσcosθ/p確定，其中，d表示微孔的直徑，p表示空氣壓力(或壓差)，k表示濾膜的孔型修正系數，σ表示該液體的表面張力系數，θ表示該液體與濾膜的接觸角，k、σ和θ對于確定的超濾膜泡點測定儀以及確定型號的超濾膜而言均為常數，并且σ和θ的數值也較為容易準確地測定。

然而針對系數k(包括孔型因子和曲折因子)，由于其值會受到濾膜材質、加工工藝以及濾膜厚度等諸多因素的影響，因此對于國內各家過濾器制造商以及濾材制造單位而言，即使是自己使用的或者自己生產的濾膜，往往也難以準確地測定該濾膜的系數k。所以，這便成為了采用泡點法來準確地測定濾膜的最大孔徑以及平均孔徑的第一個技術難點。

另外，由上述的Laplace方程可以看出，微孔孔徑d與空氣壓力p之間呈反比關系，隨著空氣壓力的增大，在孔徑最大的微孔處會首先開始形成氣泡，然后在孔徑逐漸減小的各個微孔處也會開始依次形成氣泡。因此，在泡點法中對濾膜的最大孔徑的測定是比較容易實現的，一旦觀察到冒出的第一個氣泡，便可以將此時氣室中的空氣壓力代入Laplace方程中的p，從而計算出該被測濾膜的最大孔徑。

然而要計算出濾膜的平均孔徑就要分兩種情況來討論了。對于微濾膜，其孔徑一般在0.1～2.0微米的范圍內，并且孔徑分布比較集中，在泡點法的測定過程中，通常在觀察到第一個氣泡點之后，很快就會出現大量氣泡，因此一般采用分段升壓的方法來測定其孔徑分布，進而求得該微濾膜的平均孔徑。在實際的測定實踐中，當壓力值升至第一個連續氣泡點壓力值的110％-120％時，則可以將當前氣室中的氣體壓力判定為平均孔徑泡點壓力，通過將該平均孔徑泡點壓力代入Laplace方程中的p，便可以計算出該被測微濾膜的平均孔徑。而對于超濾膜，其孔徑一般均小于0.1微米，并且孔徑分布呈現為正態分布，即超濾膜表面總是存在著少量的較大孔徑的微孔以及大量的較小孔徑的微孔，通常在出現第一個氣泡之后，隨著空氣壓力的逐漸增大，氣泡數量僅會緩慢地增加，因此，究竟應當將何時的空氣壓力判定為平均孔徑泡點壓力，便成為了采用泡點法來準確地測定超濾膜的平均孔徑的第二個技術難點。

鑒于采用泡點法來測定超濾膜的平均孔徑存在著上述兩個技術難點，對于超濾膜中孔徑相對較小的一類(微孔孔徑小于0.01微米)，一般采用“標準顆粒法”來測定超濾膜的切割分子量或截留率，此法主要用于表征超濾膜的分離性能。由于超濾膜通常用于大分子物質的分離、濃縮和提純，因此用切割分子量來反映超濾膜孔徑的大小在應用上是較為方便的。所采用的標準顆粒物的選擇原則為：在溶液內為球形；純度高，穩定，價廉；濃度易分析，特別是在低濃度時分析精度高。但是，由于各生產廠商所使用的標準顆粒物各不相同，在溶液濃度和工作壓力上有所差別，并且在確定切割分子量的截留率百分值時也有著各自不同的規定，因此用該方法表征的超濾膜的分離性能僅具有參考價值。

然而，對于孔徑相對較大的超濾膜(微孔孔徑在0.01～0.1微米范圍內)而言，由于難以選出合適的超大分子量的標準顆粒物，因此進行切割分子量的測定將比較困難。