2024年8月26日,自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所编制完成海洋行业标准《多孔膜孔径测试方法液–液置换法》(征求意见稿)。
本文件规定了采用液-液置换法测试多孔膜孔径的原理、测试试剂、测试装置和仪器、测试步骤、计算方法、精密度和测试报告。本文件适用于孔径为2nm~300nm的平板膜、中空纤维膜的平均孔径、孔分布的测试。其他孔径的平板膜、中空纤维膜和其他种类的多孔膜可参考执行。
本规范规定了采用液–液置换法测试多孔膜孔径的完整技术流程,适用于孔径范围在2 nm至300 nm的平板膜和中空纤维膜的平均孔径及孔分布测定,其他类型多孔膜可参考执行。本规范基于不相溶液体间的置换原理,通过逐步加压使渗透液体按孔径从大到小的顺序依次排出膜孔内的浸润液体,并依据流量–压力关系曲线计算孔径参数。全文对测试试剂、装置仪器、操作步骤、计算方法及精密度要求作出了系统规定,并提供了置换–渗透试验与接触角测量的标准化程序,旨在为多孔膜孔径表征提供统一、可溯的技术依据。
本规范所采用的液–液置换法,其核心在于利用浸润液体充满膜孔后,在递增压力下借助渗透液体进行置换,孔径愈小所需置换压力愈大。通过分别获取置换曲线与渗透曲线,结合界面张力与接触角数据,即可计算膜样品的平均孔径与孔分布。本规范明确适用于2 nm至300 nm孔径范围的平板膜和中空纤维膜,同时允许其他孔径及种类的多孔膜参考使用。
测试前需配制水–异丁醇两相体系并测定其界面张力,同时通过接触角测量装置确定浸润液体的接触角。正式试验中,将膜样品固定于测试池,以死端方式逐步升压记录渗透液体压力与流量,得到置换曲线;降压过程记录流量,得到渗透曲线,并据此绘制半渗透曲线。利用半渗透曲线与置换曲线的交点压力,结合界面张力与接触角代入公式,即可得出平均孔径;在此基础上选取任意孔径区间,通过读取对应流量值并按公式计算,可获得孔分布数据。
本规范对测试试剂提出了明确要求,包括三级以上纯度的水、分析纯异丁醇与无水乙醇,以及高纯氮气气源。测试装置主要由压力表、流量计、温度计、旋转滴界面张力测量仪和接触角测量装置等构成,并对各仪器的量程与精度等级作出规定。在精密度方面,要求接触角与平均孔径三次平行测试结果的最大相对偏差不超过20%,以确保测试数据的可靠性与重复性。