欧世盛柱塞泵应用案例：交联对PDMS复合膜有机溶剂纳滤性能的影响|pdms|交联|复合膜|欧世盛柱塞泵|渗透|溶剂|通量

2021年发表于《Journal of Membrane Science》的文献《Impact of crosslinking on organic solvent nanofiltration performance in polydimethylsiloxane composite membrane: Probed by in-situ low-field nuclear magnetic resonance spectroscopy》,对复合膜制备过程中 PDMS 网络的交联进行了深入研究。欧世盛为该研究提供了双柱塞高压恒流输液泵，用于精准泵送物料，支持有机溶剂纳滤实验的顺利进行。

DP系列双柱塞高压恒流输液泵

采用自主研发的冷压柱塞杆装配工艺，达到同轴度小于0.01mm水平，保障输液泵长期稳定工作。多相凸轮技术使泵体更小，供液波动更小，提高了供液稳定性。多功能软件控制器可提供恒压模式和梯度模式供料。根据输送样品特点、进料量不同，提供316L、哈氏合金、PTFE等不同材料、不同流量范围近30种选择。

材料多样：

316L、C276、PTFE等多种泵材料可选，满足输送不同原料需要

流量可选:

0.001-1000 mL/min 流量范围可选，满足所需最佳流量区间

接口丰富:

开放式控制平台，提供 RS485、RS232 等多种通信接口

模式切换:

恒流模式或恒压模式可任意切换

研究亮点及意义

本研究采用原位 LF-NMR 技术在分子层面实时监测 PDMS 交联过程，精准量化交联密度，解决了传统方法难以原位表征交联动态的问题。并建立了 “预交联时间 - 交联密度 - 膜结构 - 分离性能” 的量化关联，为复合膜结构的精准调控提供了可行技术路径。拓展了 LF-NMR 技术在聚合物领域的应用场景。

开发的 PDMS/PSf 复合膜对染料和维生素 B12 分离性能优异，制备工艺简单可规模化，为精细化工提纯、医药中间体分离等领域提供了高效低耗的分离解决方案。

导图

实验方法

膜制备方法

实验材料主要包括羟基封端 PDMS，交联剂TEOS，催化剂DBTDL，溶剂正庚烷，支撑层聚砜（PSf）超滤膜。分离目标物包括染料（伊文思蓝、甲基橙等）和维生素 B12 。

预交联 PDMS 涂覆液制备时，先将PDMS 溶于正庚烷，依次加入TEOS（0.05~1 g）和 DBTDL（0.05 g），室温下持续搅拌进行预交联。制备复合膜时，先将PSf 支撑膜经去离子水浸泡 24 h 并干燥后，采用浸涂法在 PDMS 涂覆液中浸泡 60 s，室温下除去溶剂 12 h，80℃烘箱固化 8 h，得到 PDMS/PSf 复合膜。

表征方法

利用低场核磁共振（LF-NMR）技术，采用PQ001-010光谱仪，测定 PDMS 膜在制备过程中的交联密度以及膜在醇类中的溶胀特性。并分析交联剂用量对膜交联密度的影响。结合 T2 值测量与交联密度计算公式，原位监测 PDMS 铸膜液的预交联过程。

复合膜表征方面，采用红外光谱仪（Vertex-70）在室温下记录 PDMS 膜在 500-4000 cm⁻¹ 范围内的红外光谱；采用SEM（SUPRA 55 SAPPHIRE）观察 PDMS 复合膜的微观结构；采用AFM（Pico Scan TM 2500）测试膜表面粗糙度。

有机溶剂纳滤（OSN）实验

在实验室的错流装置上测试 PDMS/PSf 膜的有机溶剂纳滤性能（有效膜面积 = 10 cm²）。进料液为伊文思蓝的甲醇溶液（10 ppm）或维生素 B12 的醇类溶液（50 ppm）。通过欧世盛公司的双柱塞泵在 1 MPa 的操作压力下循环溶液，每小时收集一次渗透液。采用紫外-可见检测器（UV-6100）测量进料液和渗透液的浓度。依据公式计算渗透通量和截留率。

实验结果

膜制备

预交联时间显著影响涂覆液粘度与交联密度。随着预交联时间从 0 增加到 10 h，PDMS 的粘度从 2.3 增加到 30 mPa・s，表明 PDMS 溶液的流动性降低。交联密度呈指数增长，从 1.2×10⁻³ mol・cm⁻³ 增加到 3.4×10⁻³ mol・cm⁻³。预交联时间超过 10 h 会导致 PDMS 凝胶化，无法再用于制备膜。

膜表征

结构与形貌特征方面，随着预交联密度的增加，孔渗透减少，膜表面活性层的厚度明显增加。当交联密度达到 1.3×10⁻³ mol・cm⁻³ 时，活性层厚度约 4 μm ；当交联密度达到 2.0×10⁻³ mol・cm⁻³ 时，活性层的厚度可达 10 μm。这表明通过调节交联密度可以有效调控膜的活性层。

此外，AFM 测试表明，涂覆 PDMS 后膜表面粗糙度从 6.35 nm 降至 3.29 nm，随着预交联密度提高，表面高度波动范围收窄，如在高交联密度（≥1.3×10⁻³ mol・cm⁻³）下，膜的高度波动范围更小（-7.2~10.1 nm）。

交联剂比例可调控交联密度。随着 PDMS 与 TEOS 比例从 200:1 降至 10:1，PDMS 交联密度从 0.26×10⁻³ mol・cm⁻³ 提升至 6.08×10⁻³ mol・cm⁻³。

纳滤性能

预交联密度影响：交联密度从 1.22×10⁻³ mol・cm⁻³ 增至 1.57×10⁻³ mol・cm⁻³ 时，膜的截留率从 0.9% 跃升至 99.0%，渗透通量从 3821.6 L・m⁻²・h⁻¹・MPa⁻¹ 降至 1.7 L・m⁻²・h⁻¹・MPa⁻¹。考虑到膜渗透通量和截留率的平衡，最优交联密度为 1.3~1.6×10⁻³ mol・cm⁻³。

交联剂比例影响：TEOS 含量增加使截留率从 74.3% 升至 99.0%，渗透通量相应下降。选择10 wt% TEOS 作为最优比例。

染料分子量影响：膜的性能随着染料分子量的增加而增强。甲基橙（327.3 Da）截留率 87.6%，伊文思蓝（960.8 Da）截留率 99.0%，渗透通量同步小幅增加。

溶剂影响：维生素 B12 在甲醇中截留率最高（93.6%），正丁醇中最低（76.0%）；渗透通量则相反，正丁醇中达 8.0 L・m⁻²・h⁻¹・MPa⁻¹，甲醇中仅 1.5 L・m⁻²・h⁻¹・MPa⁻¹，与膜在不同溶剂中的溶胀度正相关。

研究结论

本研究成功制备了 PDMS/PSf 膜，通过 SEM、AFM、ATR-FTIR 和原位 LF-NMR 探究了 PDMS 的交联特性以及 PDMS 与多孔 PSf 基底的相互作用。结果表明，随着预交联时间的增加，PDMS 铸膜液的交联密度从 1.2×10⁻³ mol・cm⁻³ 增加到 3.4×10⁻³ mol・cm⁻³。所测得的预交联网络通过防止孔填充现象提高了 PDMS 选择层的完整性。同时，通过增加交联剂比例，PDMS 膜的交联密度可显著从 0.26×10⁻³ mol・cm⁻³ 增加到 6.08×10⁻³ mol・cm⁻³。通过优化复合膜的结构，可以制备出可重复的高交联 PDMS/PSf 复合膜。将 PDMS/PSf 复合膜应用于染料 / 甲醇或维生素 B12 / 醇类分离，并利用 LF-NMR 进一步阐明了 PDMS 膜在溶剂中的溶胀行为。原位 LF-NMR 有望成为表征聚合物网络交联的通用方法。T2弛豫时间可作为原位监测膜在运行过程中行为的有效工具。

主要图表

Scheme 1：PDMS 网络模型