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为了解决全球水危机这一人类面临的严峻问题,膜技术被广泛应用于水净化、废水回收和海水淡化等领域,在解决水资源短缺方面发挥着重要作用。反渗透膜工艺通过去除水中的各种杂质,如溶解盐和有机化合物等,从而达到提供高品质水的目的。因其具有较高的能源效率,可以缓解水危机,已成为最受欢迎的脱盐技术之一。其中,聚酰胺复合反渗透（PA-TFC RO）膜的高通量和高脱盐率是其高效的主要原因,提高反渗透工艺的分离效率具有重要的现实意义,近40年来,PA-TFC RO膜得到了不断的改进,但它的渗透选择性还有待进一步提高。本课题以间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）为单体制备聚酰胺（PA）功能层,通过有机材料复合、超临界二氧化碳（ScCO2）技术处理及掺入层状材料或多孔材料调控PA-TFC的聚酰胺功能层的自由体积或在其中构筑有效水通道,制备高水通量、高脱盐率的PA-TFC膜并提高其渗透性能,研究了微结构制约PA-TFC膜的渗透性能的微观机理。1.在界面聚合反应中引入有机添加物二甲基亚砜（DMSO）以调控复合膜（TFC）聚酰胺功能层的自由体积,并采用脉冲慢正电子束研究TFC膜中的自由体积特性。引入DMSO后,膜的水通量随着DMSO含量增加而增加。当DMSO含量从0增加至1.0 wt%时,TFC脱盐率仍保持在98%以上,当进一步增加DMSO含量,脱盐率则明显下降,表明DMSO对TFC的膜性能有比较大的影响,这与TFC膜微观结构的变化是密不可分的。经过对TFC膜中PA活性层中的自由体积特性进行分析,PA功能层的厚度可以通过o-Ps寿命强度I3的深度分布拟合计算获得。当DMSO含量从0增加至1.0 wt%时,o-Ps寿命（或平均自由体积半径）渐渐增加,而随着DMSO进一步增加至2.0wt.%及3.0 wt.%时,o-Ps寿命增加则不明显。聚酰胺功能层中自由体积增大,水的渗透性增强,脱盐率降低,特别是当平均自由体积尺寸在临界尺寸～88.0（?）~3变化时,脱盐率急剧降低。这是由于自由体积分布的宽化造成的,特别是较大的自由体积（大于水合盐离子平均尺寸的自由体积）导致了盐的渗透。总的来说,在实际应用中TFC反渗透膜性能的提高可以通过调控PA功能层中自由体积的尺寸来达到,比如调控PA层中自由体积尺寸使其大于水分子团簇的临界尺寸同时要小于水合盐离子的平均尺寸,也就是尽量窄化PA功能层中自由体积的分布。（2）采用超临界二氧化碳（ScCO2）技术处理TFC膜,通过物理手段调控PA活性层中的自由体积,提高TFC膜的渗透性。通过ScCO2技术（50℃,20Mpa,1h）可以有效调控PA12/PVA共混薄膜的自由体积,使自由体积发生膨胀。当释放CO2压力后,薄膜中膨胀的自由体积随着时间延长而松弛,且膜中PVA含量越高,松弛时间越长。TFC膜经过ScCO2处理（50℃、20Mpa,6h）后,水通量明显提高了17.3%,同时又保持较高的脱盐率。ScCO2技术绿色、环保、无污染,为TFC膜性能的提升提供了一个新的解决思路。（3）结合TFC膜的结构特性以及有效利用氧化石墨烯（GO）纳米片的层间距,为水分子构建额外的纳米水通道,在界面复合反应中引入只有几层的GO纳米片,制备GO@TFC反渗透膜。由于界面反应过程中GO纳米片阻碍MPD分子向油相溶液的扩散,PA活性层厚度变薄、表面粗糙度下降。表面含有大量含氧官能团的GO被引入PA活性层后提高了GO@TFC膜的亲水性,改变了PA活性层的交联度。此外,GO纳米片层间距为水分子提供有效的水通道,GO@TFC膜的水通量明显提高,透水性能大大增强。与TFC膜相比,引入适当含量的GO纳米片可以使得GO@TFC膜具有较高脱盐率以及较高的水通量,即渗透选择性提高。（4）为了有效利用MOFs材料的孔道结构为水分子提供额外的较短路径,在界面反应中引入氨基和磺酸修饰的MIL-101-Cr,分别制备了不同MOFs含量的TFN-MIL-101-Cr膜、TFN-MIL-101-Cr-NH2膜、TFN-MIL-101-Cr-SO3H膜。相对于TFC膜来说,TFN-MOFs膜表面叶状结构尺寸比较小。而MOFs纳米颗粒本身的亲水性以及孔道结构使得TFN-MOFs膜的亲水性增强、水通量得到了显著提升。虽然MIL-101-Cr-SO3H框架结构中孔径尺寸比MIL-101-Cr-NH2小,但是由于磺酸基较强的亲水性能,当添加相同含量（0.05w/v%）的MOFs,TFN-MIL-101-Cr、TFN-MIL-101-Cr-SO3H、TFN-MIL-101-Cr-NH2、TFC膜的水通量依次减小。就脱盐率方面而言,由于在MIL-101-Cr框架结构中引入官能团,孔道尺寸变小,TFN-MIL-101-Cr-NH2和TFN-MIL-101-Cr-SO3H膜相对于TFN-MIL-101-Cr膜的脱盐率都有所提高,且当添加量不超过0.05w/v%时,胺基化和磺酸基化改性的TFN-MOFs膜的脱盐率都在97%以上。（5）通过在界面反应中分别引入MIL-53-Al和MIL-53-Al-NH2,制备TFN-MIL-53-Al和TFN-MIL-53-Al-NH2膜。与TFC膜相比,由于MOFs填料的亲水性,TFN-MOFs膜亲水性增强,MOFs中孔道结构为水分子提供了额外的水通道,水通量明显提高,且随着MOFs含量增加而增加。当引入同等含量的MOFs时,TFN-MIL-53-Al-NH2膜表面的接触角更小,亲水性更强,且由于孔道结构数量、尺寸相对较小（被胺基占据）,对盐的阻碍作用明显,脱盐率相对较高（大于97%）。基于不同MOFs孔道结构的TFN-MOFs膜,引入相同含量（0.05w/v%）的MOFs,膜的水通量与MOFs填料的孔径结构尺寸有关,TFN-MIL-101-Cr、TFN-MIL-101-Cr-SO3H、TFN-MIL-101-Cr-NH2、TFN-MIL-53-Al、TFN-MIL-53-Al-NH2膜的水通量依次降低,但是都要高TFC膜;相对于纯TFC膜,各种TFN-MOFs膜的Na Cl的渗透性按照MIL-101-Cr、MIL-101-Cr-NH2、MIL-101-Cr-SO3H、MIL-53-Al、MIL-53-Al-NH2顺序依次减小,即脱盐效果依次增强。