两步表面改性法制备两亲性抗污染纳滤膜及其性能研究

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纳滤膜技术作为新兴的水处理技术应用广泛。膜污染成为限制实际应用的棘手问题。研制抗污染性能良好的纳滤膜成为必要。本论文以提高纳滤膜在多种污染物中的抗污染性能为出发点,设计兼具“污染防御机制”和“污染释放机制”的高抗污染性的两亲性纳滤膜。选用聚砜(PSF)超滤膜为底膜,哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,界面聚合法制备出聚酰胺(PA)纳滤膜,纯水通量为80.1 L·m-2·h-1,对1 g/L的Na2SO4截留率为82.1%。在此基础上,利用两步表面改性法制备两亲性纳滤膜。首先亲水的三乙醇胺通过与膜表面剩余的酰氯键反应而接枝上;其次,疏水材料全氟癸基三氯硅烷通过与三乙醇胺的羟基氢键结合接枝到纳滤膜表面。改性膜和未改性膜的表面结构及性质采用X射线光电子光谱,傅里叶变换红外光谱等来表征。采用错流过滤实验对纳滤膜无机盐的分离性能、截留分子量和抗污染性能进行测试。其中模拟污染物选用牛血清蛋白溶液、腐殖酸溶液和海藻酸钠溶液。X射线光电子光谱和傅里叶变换红外光谱的结果证实了亲水改性膜和两亲改性膜的成功制备。扫描电子显微镜和原子力显微镜图表明膜表面经改性后有结节状结构生成,粗糙度略有上升,总体来说形貌结构变化不大。亲水改性后膜的亲水性上升,表面负电荷降低;两亲改性后的膜则相反,表面亲水性下降,负电荷升高。改性膜和未改性膜的分离性能采用Na2SO4和NaCl的截留率以及聚乙二醇的截留分子量来衡量,结果表明:改性膜和未改性膜对一二价盐的分离性能良好:Na2SO4的截留率在80%左右,NaCl的截留率在30%左右。PA/PSF、H4-PA/PSF和F1-PA/PSF膜的截留分子量分别为305 Da,290 Da和290 Da。改性前后膜的孔径大小未发生变化。两亲性改性膜比亲水改性膜和未改性膜在牛血清蛋白、腐殖酸、海藻酸钠溶液的污染过滤实验中展现出了更好的抗污染性:其通量恢复率最高,分别为96.9%、97.5%和96.8%;通量总衰减率最低,分别为12.5%、14.6%和12.5%。
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