论文摘要
传统有机超滤膜不耐高温、不耐高压、使用寿命短,因此通过有机-无机材料的优势互补,制备有机-无机杂化超滤膜成为材料科学研究的热点。纳米TiO2是目前研究最为活跃的无机纳米材料之一,人们相继在有机材料中添加TiO2,研究不同体系所制备的超滤膜。聚醚砜（PES）是一种综合性能优良的聚合物膜材料,尚未见以聚醚砜和TiO2组成体系制备有机无机杂化超滤膜的研究报道。本文以聚醚砜（PES）和TiO2为材料,制备新型聚醚砜超滤膜,并进行表征。芳香聚酰胺类聚合物是典型的复合纳滤膜材料,但是这类聚合物易氯化降解。天然水和废水溶液中常含有低浓度的游离氯,且水处理中多采用氯气和漂白粉杀菌消毒,从而影响了膜的使用寿命,限制了其应用范围。开发新型功能高聚物膜材料、加强对膜皮层超薄和活化技术研究,制备耐氧化、耐游离氯和抗污染的复合膜具有十分重要的意义。间苯二甲胺的氨基与苯环之间有一个亚甲基,此结构可以改善由传统芳香胺所制备的聚酰胺的抗氧化性,尚未见到以其为水相单体经界面聚合制备复合纳滤膜的系统研究报道。本文以间苯二甲胺（m-XDA）和均苯三甲酰氯（TMC）分别为水相和油相反应单体,通过界面聚合制备聚酰胺复合纳滤膜,并进行结构和性能表征。具体研究内容包括以下两部分:1新型聚醚砜超滤膜的制备与表征以聚醚砜（PES）为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂,聚乙二醇（PEG）和二氧化钛（TiO2）为添加剂,采用相转化法制备聚醚砜超滤膜。研究了不同铸膜液配方所制备的超滤膜的性能。考察了添加剂的种类及含量对膜性能的影响。对所制备的聚醚砜超滤膜的孔径、孔隙率及耐污染性进行了表征。添加剂PEG分子量为400,且含量为15%时,膜的纯水通量最大。扫描电镜结果显示:含PEG-400一种添加剂时所制得的膜表面均匀,断面是非对称的指状结构,靠近外皮层处指状结构紧密。添加TiO2颗粒后,TiO2颗粒均匀分布于孔壁表面和膜表面层上,且改变内层结构形成较大的空腔结构。添加TiO2制备成的超滤膜在保持高通量的基础上改善了膜的亲水性从而提高膜的耐污染性。含18%的PES、15%的PEG-400和19%-20%的TiO2的铸膜液所制得的膜性能最优。0.1 MPa下纯水通量可达148.79 （L?m-2?h-1）,对500mg/L的胃蛋白酶截留率在55.83%以上。2聚酰胺复合纳滤膜的制备与表征以间苯二甲胺（m-XDA）和均苯三甲酰氯（TMC）分别为水相和油相反应单体,用界面聚合法制备聚酰胺复合纳滤膜。研究了界面聚合反应中水相单体浓度、水相pH值、油相单体浓度、反应时间、热处理温度及热处理时间等因素对所制备的复合膜分离性能的影响。制备聚酰胺复合纳滤膜的最佳工艺条件为:水相单体浓度为0.5%,pH值为9.5,油相单体浓度为0.2%,反应时间为2min,在100℃下热处理10min。在1.4MPa下,所制备的复合纳滤膜对1000mg/L Na2SO4溶液的脱盐率为82.98%,通量为28.48 L?m-2?h-1。考察了苯酚和异丙醇分别作为水相添加剂时对膜性能的影响。红外光谱（FT-IR）表明有酰胺键的生成。扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）可观察到在基膜上复合了一层超薄表层且有明显的峰谷结构。考察了操作压力、操作温度、料液浓度、料液种类等操作条件对所制备的复合膜分离性能的影响。膜流动电位的测定表明该膜荷负电,通过测定纯水渗透系数和溶胀度来表征膜的亲水性。通过腐殖酸模拟溶液的动态污染实验（浓缩液全循环至进料液）考察了离子浓度及料液pH值对膜污染程度的影响。静态和动态耐氯实验结果显示所制备的聚酰胺复合纳滤膜在有效氯处理量小于2300 mg?L-1?h时,膜的脱盐率基本不变,水通量略有上升,与传统的聚酰胺复合膜相比,耐氯性能有所提高。