芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜表面接枝分子刷及其性能研究.pdf

1、反滲透技術(shù)在電子、化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)中的脫鹽、超純水、廢水處理以及各種分離提純過程中得到廣泛應(yīng)用，尤其是海水和苦咸水淡化。芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜是目前反滲透膜領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，膜污染及耐氯性能差則是制約聚酰胺反滲透膜應(yīng)用發(fā)展的主要瓶頸，而通過表面改性對膜表面性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，是改善膜抗污染性能和耐氯性能的有效手段。
　　本論文通過在芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜表面接枝分子刷材料，以改善和提高反滲透膜的性能，并對其進(jìn)行表征。以戊二醛為鏈接劑

2、、聚乙二醇單甲醚(mPEG)為功能改性材料，在聚酰胺反滲透膜表面構(gòu)筑聚合物分子刷。以水滲透通量和截留率為膜性能評價指標(biāo)，探究不同改性工藝條件與膜性能之間的關(guān)系，并確定本實(shí)驗(yàn)的較優(yōu)改性工藝條件。實(shí)驗(yàn)中主要探究戊二醛濃度、mPEG濃度、熱處理溫度和熱處理時間等改性工藝條件對改性膜分離性能的影響。采用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)、熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)、靜

3、態(tài)接觸角測定儀、Zeta電位測定儀等對改性前后膜表面的化學(xué)組成、表面微觀形貌、親水性以及荷電性等性質(zhì)進(jìn)行表征。同時，采用錯流實(shí)驗(yàn)對膜抗污染性能和分離性能進(jìn)行評價，采用靜態(tài)浸泡法研究膜耐氯性能，探索mPEG對膜分離性能、微結(jié)構(gòu)、抗污染性能和耐氯性能的影響規(guī)律。具體研究結(jié)果如下所述：
　　(1)膜表面物理化學(xué)性質(zhì)研究表明：以戊二醛為鏈接劑，可成功將mPEG聚合物刷接枝于聚酰胺反滲透膜表面。ATR-FTIR紅外光譜結(jié)果顯示，1716cm

4、-1、1028cm-1和926cm-1處出現(xiàn)新吸收峰，表明以戊二醛為鏈接劑能成功地將聚乙二醇單甲醚接枝于聚酰胺反滲透膜表面。同時，由XPS譜圖對比結(jié)果顯示，與未改性膜相比，改性膜在285.9 eV處出現(xiàn)C-O-C峰，表明mPEG成功接枝于膜表面，并據(jù)此計(jì)算了不同濃度mPEG改性膜的接枝率且接枝率隨mPEG濃度增大而增加。改性后膜表面前后接觸角由59.0°降至42.3°，親水性明顯增強(qiáng)。AFM分析結(jié)果表明改性前后粗糙度增大，膜表面均呈現(xiàn)峰

5、谷狀結(jié)構(gòu)。另外，Zeta電位測試表明在pH=7時改性膜表面負(fù)電荷少于未改性膜，但改性前后復(fù)合膜等電點(diǎn)變化不大。
　　(2)膜分離性能研究結(jié)果表明：改性膜的分離性能可通過改變接枝工藝條件進(jìn)行調(diào)控。隨著mPEG濃度增加，膜滲透通量降低，截留率趨于穩(wěn)定，膜固有阻力Rm值逐漸增加。隨著戊二醛濃度的增加，膜的滲透通量降低，截留率略有提升。隨著熱處理時間的增加，滲透通量降低，截留率趨于穩(wěn)定。熱處理溫度對滲透通量和截留率，影響并不大。芳香聚酰胺

6、反滲透復(fù)合膜表面接枝mPEG的較優(yōu)工藝條件為：mPEG濃度為1.0w/v％，戊二醛濃度為0.1w/v%，熱處理溫度為65℃，熱處理時間為1.5min。
　　(3)污染及耐氯實(shí)驗(yàn)研究表明：接枝改性可有效提高聚酰胺反滲透膜的抗污染和耐氯性能。與未改性膜相比，改性膜對腐殖酸、BSA、鞣酸、DTAB和SDS均表現(xiàn)良好的抗污染性能。經(jīng)24000 ppm·.h.Cl2氯化處理后，原始膜的氯化鈉脫鹽率由97.69%下降至90.03%，而經(jīng)2.0