基于PTFE平板膜的复合纳滤膜的制备及性能研究

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目前,复合纳滤膜的研究已取得了一定的成果。复合纳滤膜通常由纳滤功能层和基膜组成,其性能也是由这两部分共同决定,因此在已有的研究基础之上,探寻性能更优异的膜材料对于适应工业生产更高需要具有实际意义。本文采用亲水改性过的PTFE平板膜作为基膜,以三乙烯四胺(TETA)作为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)作为有机相单体,在亲水PTFE基膜表面通过界面聚合制备TETA-TMC复合纳滤膜。通过逐一探究有机相单体TMC浓度、水相单体TETA浓度、界面聚合反应时间、热处理温度和热处理时间五个因素对TETA-TMC复合纳滤膜分离性能(分离MgSO4溶液)的影响规律得出制备TETA-TMC复合纳滤膜的最佳工艺条件;借助傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)研究TETA-TMC复合纳滤膜表面的化学结构组成,借助场发射扫描电镜(FE-SEM)研究TETA-TMC复合纳滤膜表面的微观形貌,借助Zeta电位分析仪测试TETA-TMC复合纳滤膜表面所带的荷电性,借助接触角测量仪测试TETA-TMC复合纳滤膜的亲水性能,采用错流过滤装置分别测试了TETA-TMC复合纳滤膜的截留分子量(MWCO)、TETA-TMC复合纳滤膜的纯水渗透通量以及TETA-TMC复合纳滤膜对四种盐(MgCl2、MgSO4、Na2SO4、NaCl)的分离性能。最终得出了以下结论:(1)随着TMC浓度增大或界面聚合时间的延长,TETA-TMC复合纳滤膜的渗透通量先减小后趋于平稳,截留率先增大后趋于不变;随着水相单体TETA浓度增大、热处理温度升高或热处理时间的延长,TETA-TMC复合纳滤膜的渗透通量先减小后增大,截留率先增大后减小。研究表明:当TETA浓度为1.3wt%(水相添加剂SDS浓度为0.05wt%、TEA浓度为1.5wt%)、TMC浓度为0.8wt%、聚合反应时间为120s、热处理温度为70℃和热处理时间为15min时,制备的TETA-TMC复合纳滤膜的分离性能达到最佳,在0.4Mpa压力驱动下对1g/L的MgSO4溶液(料液温度25℃)错流过滤的渗透通量为5.996 L·m-2·h-1,截留率达到98.7%。(2)借助红外光谱研究,在基膜表面,水相单体TETA与有机相单体TMC发生界面聚合反应得到了聚酰胺;借助扫描电子显微镜研究,可以看到在基膜表面明显有一层薄而致密的聚酰胺功能层;借助Zeta电位分析仪研究,TETA-TMC复合纳滤膜的等电位为pH=5.1,当pH<5.1时,TETA-TMC复合纳滤膜表面显正电性;TETA-TMC复合纳滤膜水接触角为54.66°,表明它具有较好的亲水性能;TETA-TMC复合纳滤膜的截留分子量为490Da;在0.4MPa压力驱动下,TETA-TMC复合纳滤膜的纯水渗透通量为7.521L·m-2·h-1,对四种盐的截留率大小顺序为:MgSO4≈MgCl2>Na2SO4>NaCl。
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