基于均苯三甲酰哌嗪的超薄高交聯(lián)納濾膜的研制.pdf

1、為了克服常規(guī)單因素膜性能改進存在的trade-off現(xiàn)象，制備出具有均衡分離性能的納濾復合膜，本課題設計、合成了具有支化三亞胺結構的新型水相單體均苯三甲酰哌嗪(TMPIP)對界面聚合過程進行調控，并以聚砜超濾膜為支撐膜制備得到均苯三甲酰氯(TMC)/TMPIP納濾復合膜。在此基礎上，表征了TMC/TMPIP復合膜形貌結構、化學組成及表面荷電性，提出了其成膜及膜性能提高機理;考察了該膜對非荷電有機物與鹽離子的分離性能以及耐氯性;最后，研究

2、了制膜工藝及操作條件對該膜性能的影響。具體實驗結果如下:
　　(1)采用官能團保護法，以TMC及1-甲醛哌嗪為原料經兩步反應合成TMPIP水相單體，通過FTIR、1H NMR、XPS等表征手段證實合成產物結構與預期相符合。Free-standing法制膜實驗表明新合成的TMPIP具有與傳統(tǒng)水相單體哌嗪(PIP)一樣優(yōu)異的成膜性能，可以迅速與TMC聚合形成完整且極薄的聚哌嗪酰胺薄膜，可以用于后續(xù)復合膜的制備。
　　(2)以聚砜

3、超濾膜為支撐，經界面聚合法制備了TMC/TMPIP復合膜。XPS及SEM表征結果表明:TMC/TMPIP復合膜具有比傳統(tǒng)TMC/PIP復合膜皮層交聯(lián)網絡結構更顯著的分離皮層。由于更薄、更致密的皮層，TMC/TMPIP復合膜對PEG200水溶液的分離性能(R=86.0％，F(xiàn)=35.8 L·m-2·h-1)均比TMC/PIP復合膜(R=82.7％，F(xiàn)=27.4 L·m-2·h-1)更好。對Na2SO4、 MgSO4、 NaCl及MgCl2四

4、種鹽的分離性能測試表明，TMC/TMPIP為典型荷負電聚哌嗪酰胺納濾復合膜，與TMC/PIP具有相同的截留順序，并且前者的通量和截留率也均高于后者。耐氯性能測試證明得益于相同的碳骨架結構，TMC/TMPIP膜繼承了TMC/PIP膜的強耐氯性能。
　　(3)通過考查制膜工藝對膜性能的影響，確定在TMC濃度0.1％(w/v)、TMPIP濃度1.3％(w/v)、后處理溫度為50-60℃、水相pH值11-12時制備得到的復合膜性能較優(yōu)。此

5、外，納濾操作過程中操作壓力、料液濃度、料液pH也對膜性能有較大的影響，選擇合適的操作條件有利于實現(xiàn)操作過程的經濟性。
　　上述研究結果表明，具有支化三亞胺結構且分子尺寸較大的TMPIP水相單體，可以對界面聚合成膜過程中皮層厚度及交聯(lián)度這兩個相對獨立因素進行調控，形成相比傳統(tǒng)TMC/PIP復合膜更薄、交聯(lián)網絡結構更顯著的分離皮層。并且，在這兩個因素的互補疊加效應作用下，使通量和截留率得到了雙重提高。本研究證明雙因素調控是行之有效的膜