PIP-TMC復合膜表面接枝親水性小分子及其性能研究.pdf

1、聚酰胺納濾膜是復合膜的重要組成部分，其孔徑在納米級別，分離機理由空間排斥效應和唐南效應共同決定，具有高通量、高多價鹽截留和低單價鹽截留等優(yōu)點，被廣泛應用于飲用水純化、硬水軟化、污水處理以及分離濃縮等領域。但是，由于膜污染現(xiàn)象的存在，納濾膜在工程應用中往往會出現(xiàn)性能衰退和使用周期縮短等情況。因此，從膜材料入手，研究出具有優(yōu)異抗污染性能的新型納濾膜具有非常重要的意義。
　　本論文選擇三乙醇胺（TEOA）、二乙醇胺（DEA）和丙三醇（G

2、Ly）作為改性單體，通過酯化或酰胺化接枝反應對哌嗪-均苯三甲酰氯（PIP/TMC）初生態(tài)納濾膜表面進行功能化改性，并探究不同改性工藝對復合膜結(jié)構(gòu)和分離性能的影響。采用傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（ATR-FTIR）、X射線光電子譜（XPS）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、水接觸角評價裝置以及Zeta電位測定儀等對復合膜表面理化性質(zhì)和形貌結(jié)構(gòu)進行表征。采用錯流分離試驗，對復合膜的截留分子量、無機鹽分離性能和染料分離性能進行

3、系統(tǒng)研究。選擇牛血清蛋白（BSA）、海藻酸鈉（SA）和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）作為特征污染物，評價復合膜對不同種類污染物的抗污染性能。相關(guān)結(jié)論如下：
　?。?）利用初生態(tài)PIP/TMC納濾膜表面未反應的酰氯基團，可實現(xiàn)對PIP/TMC復合納濾膜的表面接枝改性。XPS和ATR-FTIR分析表明，TEOA和GLy分子通過與初生態(tài)膜表面酰氯發(fā)生酯化反應，DEA分子通過與酰氯生成酰亞胺鍵而接枝于膜表面。改性后膜表面負電性減弱。SEM表

4、征發(fā)現(xiàn)，改性前后聚砜底膜上的聚酰胺層厚度均為150 nm左右，且表面呈“結(jié)節(jié)狀”結(jié)構(gòu)；AFM表征發(fā)現(xiàn)，復合膜表面均方根粗糙度（RMS）均在10 nm以內(nèi)，改性過程未對其造成明顯影響；截留分子量（MWCO）測定表明，原膜與改性膜的截留分子量均在300 Da左右，接枝改性對原膜交聯(lián)度無影響。
　　（2）改性過程可通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)進行控制。接枝改性PIP/TMC復合膜的分離性能受到改性單體濃度、改性單體種類、酸吸收劑濃度、改性反應時間等

5、因素影響。增加改性單體濃度或者適當延長反應時間均可增強改性效果。但是酯化或酰胺化接枝和酰氯水解是一對競爭性反應，過度延長反應時間反而有助于酰氯水解，所以通過調(diào)節(jié)改性單體濃度來控制改性過程是一個較為理性的途徑。綜合考慮復合膜的分離性能，初生態(tài)PIP/TMC復合膜的改性工藝為：TEA=0.30 wt％，SDS=0.05 wt%；反應時間=2 min，改性劑(TEOA、DEA或GLy)=0.035 mol/L。
　?。?）初生態(tài)PIP/

6、TMC納濾膜表面接枝親水性小分子能夠提高復合膜滲透通量。通過對改性前后復合膜的分離性能研究發(fā)現(xiàn)，在25℃、0.5 MPa的操作條件下，未改性膜的純水通量為80.6 L/(m2·h)，改性膜NF-TEOA-0.035、NF-DEA-0.035、NF-Gly-0.035的純水通量分別為93.5、91.9和90.5 L/(m2·h)，硫酸鈉截留率均穩(wěn)定在98.0%左右。對復合膜進行長時間穩(wěn)定性能試驗后發(fā)現(xiàn)，改性膜具有較好的運行穩(wěn)定性。進行染料