基于均苯三甲酰哌嗪的超薄高交聯(lián)納濾膜的研制.pdf

1、為了克服常規(guī)單因素膜性能改進(jìn)存在的trade-off現(xiàn)象，制備出具有均衡分離性能的納濾復(fù)合膜，本課題設(shè)計(jì)、合成了具有支化三亞胺結(jié)構(gòu)的新型水相單體均苯三甲酰哌嗪(TMPIP)對(duì)界面聚合過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，并以聚砜超濾膜為支撐膜制備得到均苯三甲酰氯(TMC)/TMPIP納濾復(fù)合膜。在此基礎(chǔ)上，表征了TMC/TMPIP復(fù)合膜形貌結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及表面荷電性，提出了其成膜及膜性能提高機(jī)理;考察了該膜對(duì)非荷電有機(jī)物與鹽離子的分離性能以及耐氯性;最后，研究

2、了制膜工藝及操作條件對(duì)該膜性能的影響。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　(1)采用官能團(tuán)保護(hù)法，以TMC及1-甲醛哌嗪為原料經(jīng)兩步反應(yīng)合成TMPIP水相單體，通過(guò)FTIR、1H NMR、XPS等表征手段證實(shí)合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與預(yù)期相符合。Free-standing法制膜實(shí)驗(yàn)表明新合成的TMPIP具有與傳統(tǒng)水相單體哌嗪(PIP)一樣優(yōu)異的成膜性能，可以迅速與TMC聚合形成完整且極薄的聚哌嗪酰胺薄膜，可以用于后續(xù)復(fù)合膜的制備。
　　(2)以聚砜

3、超濾膜為支撐，經(jīng)界面聚合法制備了TMC/TMPIP復(fù)合膜。XPS及SEM表征結(jié)果表明:TMC/TMPIP復(fù)合膜具有比傳統(tǒng)TMC/PIP復(fù)合膜皮層交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更顯著的分離皮層。由于更薄、更致密的皮層，TMC/TMPIP復(fù)合膜對(duì)PEG200水溶液的分離性能(R=86.0％，F(xiàn)=35.8 L·m-2·h-1)均比TMC/PIP復(fù)合膜(R=82.7％，F(xiàn)=27.4 L·m-2·h-1)更好。對(duì)Na2SO4、 MgSO4、 NaCl及MgCl2四

4、種鹽的分離性能測(cè)試表明，TMC/TMPIP為典型荷負(fù)電聚哌嗪酰胺納濾復(fù)合膜，與TMC/PIP具有相同的截留順序，并且前者的通量和截留率也均高于后者。耐氯性能測(cè)試證明得益于相同的碳骨架結(jié)構(gòu)，TMC/TMPIP膜繼承了TMC/PIP膜的強(qiáng)耐氯性能。
　　(3)通過(guò)考查制膜工藝對(duì)膜性能的影響，確定在TMC濃度0.1％(w/v)、TMPIP濃度1.3％(w/v)、后處理溫度為50-60℃、水相pH值11-12時(shí)制備得到的復(fù)合膜性能較優(yōu)。此

5、外，納濾操作過(guò)程中操作壓力、料液濃度、料液pH也對(duì)膜性能有較大的影響，選擇合適的操作條件有利于實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。
　　上述研究結(jié)果表明，具有支化三亞胺結(jié)構(gòu)且分子尺寸較大的TMPIP水相單體，可以對(duì)界面聚合成膜過(guò)程中皮層厚度及交聯(lián)度這兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立因素進(jìn)行調(diào)控，形成相比傳統(tǒng)TMC/PIP復(fù)合膜更薄、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更顯著的分離皮層。并且，在這兩個(gè)因素的互補(bǔ)疊加效應(yīng)作用下，使通量和截留率得到了雙重提高。本研究證明雙因素調(diào)控是行之有效的膜