薄层复合(TFC)聚酰胺(PA)膜由多孔支撑层和致密活性层组成,被广泛用于纳滤(NF)、反渗透(RO)及正渗透(FO)等膜分离过程。然而,在实际使用过程中,常遇到的膜污染现象造成了膜分离效率降低、使用寿命缩短、操作成本增加等问题,严重制约了TFC PA膜的进一步推广和应用。为解决此问题,本文分析归纳了TFC PA膜污染形成的原因及特点,分别对多孔支撑层和致密活性层进行表面抗污染改性,实现了在不牺牲膜的渗透选择性的前提下提高TFC膜表面抗污染能力。本论文关键研究内容及结果如下:(1)具有两性离子表面的TFC NF膜的制备及其抗污染性能研究通过层层界面聚合,在传统TFC NF膜表面接枝亲水性支化聚合物聚乙烯亚胺(PEI),之后使用3-溴丙酸(3-BPA)进行季胺化修饰,制得表面具有两性离子结构的TFC NF膜(NF-ZPEI)。随后系统研究了PEI接枝和两性离子修饰对膜表面形貌、表面性质的影响,并在错流纳滤膜过程中评价了膜的通量、盐截留率和抗污染能力。研究结果表明:PEI接枝未增加PA层厚度,且疏松的PEI支链结构未增加膜的传质阻力;季胺化后形成的两性离子对水分子的亲和能力强,与未改性膜相比,NF-ZPEI膜水接触角降低38.6%,纯水渗透通量提高11.6%,且保持了对一价盐、二价盐较好的筛分性能;膜污染测试结果发现,NF-ZPEI膜对负电性牛血清蛋白(BSA)和正电性溶菌酶(LYZ)的通量衰减率(FDR)仅为21.8%和40.2%,远低于未改性膜(33.5%&68.9%),清洗后通量恢复率(FRR)均可达86.2%以上。以上结果充分证明了疏松的两性离子结构可实现TFC NF膜通量和抗污染能力的同步提升。(2)具有三明治碳纳米管复合支撑层的TFC FO膜的制备及其抗污染性能研究通过在聚醚砜(PES)大孔支撑层两侧涂覆碳纳米管(CNT),形成具有三明治结构的CNT复合支撑层(CNT-PES-CNT),之后在正面CNT层表面进行界面聚合,制得TFC FO膜(TFC-M)。随后,系统考察了背面CNT层对PES基膜背面表面孔径、表面形貌、表面性质,以及BSA截留率的影响;研究了CNT-PES-CNT复合支撑层对生成PA层的影响,并评价了TFC-M膜的通量和盐截留率;最后,评价了TFC-M膜在正渗透过程中(活性层朝向汲取液,AL-DS)的抗污染能力。研究结果表明:正面CNT层为界面聚合提供良好界面,保证了PA层的高渗透选择性;背面CNT层有效阻止了污染物的渗入,提高了支撑层抗污染能力。在最优制备条件下,背面CNT层对BSA的截留率高达97.9%,与对照样相比,TFC-M膜水渗透系数(A)提高29.3%,结构参数(S)降低20.0%,在AL-DS、1 M Na Cl汲取液体系下,TFC-M膜通量提高至35.7 LMH,反向盐通量仅为1.4 g MH,具有优异的渗透选择能力。BSA动态吸附和动态膜污染测试结果表明,TFC-M膜的FDR仅为8.4%和19.0%,远低于对照样(15.4%&36.1%)。以上结果充分证明了具有三明治结构的CNT-PES-CNT复合支撑层在提高TFC FO膜通量、降低膜污染方面的有效性。本文围绕提升TFC膜抗污染能力这一关键科学问题,以不牺牲膜的渗透选择能力为前提,从TFC膜结构入手,分别对致密活性层和大孔支撑层进行了表面改性与结构设计,以适应不同膜过程对TFC膜抗污染能力的具体要求。研究了改性及结构设计对TFC膜渗透性能和抗污染能力的影响,为今后进一步优化TFC膜活性层和支撑层的抗污染能力提供了有益的尝试和借鉴。