膜分离技术兼具分离、浓缩、纯化和精制的功能,是解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性分离技术之一。其中,纳滤是饮用水净化最适合的膜过程,孔径0.5-2 nm,对各类有机物有较高的截留性能,对无机离子可适度去除。高性能纳滤膜是纳滤膜过程的技术核心,通量大、截留率高是其基本特征。然而,纳滤膜仍存在通量较低的难题,限制了其工业应用。为此,本论文从降低膜过滤阻力以提高纳滤膜的水通量,在大孔支撑基材上覆盖纳米材料作为过渡层,设计并构建了多种高性能超薄聚乙烯亚胺(PEI)纳滤复合膜,并应用于水纯化和离子分离过程。首先,开发了一种简单的方法来制备超细纤维素纳米纤维分散溶液,并通过真空过滤在多孔基膜上制备超薄纳米纤维分离层。获得数纳米孔径的大通量超滤膜。制备的纤维素纳米纤维直径约20±2.5nm,在水溶液中的分散性良好。前化学处理会影响纤维素纳米纤维的形貌,结晶度和产率。获得的纤维素纳米纤维膜具有可控的厚度、超高的渗透通量和良好的超滤性能。其中,厚度约500 nm的纳米纤维膜其高孔隙率高达68.5%、水渗透通量可达2.75 103 L m-2 h-1 bar-1、铁蛋白的截留率为94.3%,可用于大分子/纳米粒子的快速分离过程。以制备的纤维素纳米纤维超薄膜为过渡层,通过界面聚合技术制备超薄交联PEI/UCN纳滤膜。通过调控制膜参数可以构建表面平整、厚度均一、亲水性的超薄交联PEI纳滤膜。高孔率、超薄的纤维素纳米纤维层提供了大量、短的纳米水孔道,导致制备的交联PEI纳滤膜过滤阻力小、水通量大。其中,厚度约77.4 nm 的交联 PEI 膜的 cut-off 为 824 g mol-1,其水通量高到 32.68 L m-2 h-1 bar-1,是同类型纳滤膜的10倍以上。模型染料废水长期稳定性分离测试表明制备的交联PEI纳滤膜具有应用于快速高效分离污水的潜力。随后,以刚性的碳纳米管(CNTs)替代柔软的纤维素纳米纤维为过渡层制备超薄交联PEI纳滤膜,研究过渡层机械强度对超薄纳滤膜性能的影响规律。在大孔基膜上过滤羧化CNTs制备超薄纳孔支撑层,经制备超薄交联PE-grafted-CNT纳滤膜。通过Zn2+和胺基的原位表面反应对交联PEI纳滤膜进行无机改性,赋予膜表面正电、提高对金属离子的截留率。获得的Zn2+改性交联PEI纳滤膜其水通量为16.5±1.3Lm-2h-1bar-1,对二价阳离子具有优异的选择分离性能。最后,为增强交联PEI纳滤膜与CNTs支撑层间的结合力,通过仿生硼酸化学交联的方式制备硼酸交联聚多巴胺接枝CNTs(PDA-CNTs),用于构建性能稳定的高效纳滤膜。制备的B-PDA-CNTs具有良好的水分散性,其水溶液放置3个月后依然稳定。这归因于硼酸离子链接到PDA-CNT的表面,与溶液中与水分子形成了较强氢键。B-PDA-CNTs过滤在多孔基膜上可形成数纳米孔的大通量超滤膜。该膜蛋白质分子具有很好的分离性能。以此膜为支撑层,制备了 Zn2+改性交联聚乙烯醇/PEI纳滤膜。制备的纳滤膜对Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+等二价金属离子具有优异的截留性能(>85%),而对磷酸的截留率则低(<15%),在磷酸回收中具有潜在的应用价值。综上所述,论文开发了超细纳米纤维(含纳米管)过渡层法制备高性能超薄高分子纳滤复合膜。制备的交联PEI复合膜具有过滤阻力小、水通量大、二价金属离子截留率高的特点,在水净化、水处理、金属离子分离等领域具有良好的应用前景。