芳香聚酰胺反渗透复合膜表面接枝亲水性大分子及其性能研究

【摘要】芳香聚酰胺复合反渗透膜以其优异的分离性能已成为目前反渗透膜的主流产品，但其应用中存在的关键技术问题是膜的污染和氯化降解，而通过表面改性对聚酰胺反渗透复合膜表面微结构进行二次加工和调控，是实现对膜表面功能化修饰、提高芳香聚酰胺复合反渗透膜抗污染、耐氯降解的重要途径之一。本论文主要研究现有商业化聚酰胺反渗透复合膜表面接枝亲水性功能材料聚乙烯醇（PVA）对其分离性能的影响。分别采用过硫酸钾引发和戊二醛链接将聚乙烯醇接枝于聚酰胺反渗透膜表面，采用ATR-FTIR、SEM、AFM、Zeta电位测定仪、接触角测定仪等对膜表面化学组成、表面形貌、表面亲水性、表面荷电性等表面性质进行表征，采用错流实验评价膜分离性能与抗污染性能，采用静态浸泡试验研究膜耐氯降解性能，系统研究表面接枝PVA对膜微结构、分离性能、抗污染性能和耐氯降解性能的影响规律。研究结果概括如下：（1）过硫酸钾引发接枝PVA改性聚酰胺反渗透膜：红外光谱（FTIR）显示，采用过硫酸钾引发可成功将PVA接枝于聚酰胺反渗透膜表面。接枝改性增强了膜表面的亲水性能，降低了膜表面粗糙度以及膜表面电位；接枝PVA使膜更加致密、水渗透阻力增大、通量降低、脱盐率升高。改性膜表面亲水性的提升，增强了其对牛血清蛋白和十二烷基硫酸钠的抗吸附能力；同时膜表面电位的降低减弱了对十六烷基三甲基溴化铵的静电吸引力，表现出优异的抗污染性能。氯化实验表明，表面接枝PVA可显著提高聚酰胺反渗透复合膜的耐氯降解性能。（2）戊二醛链接接枝PVA改性聚酰胺反渗透膜：以戊二醛为链接剂，可成功将PVA接枝于聚酰胺反渗透复合膜表面。ATR-FTIR谱图中，1657cm-1和1026cm-1处出现的新吸收峰，表明在戊二醛链接作用下能够将PVA接枝于反渗透膜表面。未改性膜接触角为57.8°，改性膜接触角为42°，亲水性得到增强；Zeta电位测试表明，改性膜表面电量较未改性膜低；接枝PVA后增加了膜表面粗糙度。通过调节改性参数，可以调控膜的分离性能，得到具有较高渗透通量和脱盐率的改性膜。改性膜对BSA、SDS和CTAB表现出良好的抗污染性能。此外，经过相同强度的氯化处理，未改性膜的脱盐率由初始的98.2%降为81.4%，而经戊二醛链接接枝PVA的改性膜的脱盐率则仅由98.7%降为96.5%，显示了很好的耐氯性能。（3）戊二醛链接接枝改性膜比过硫酸钾引发接枝改性膜表现出更优异的耐氯性能，且戊二醛链接接枝法过程可控，对膜的分离性能的影响较小，可以得到优良分离性能的改性膜。但与戊二醛链接接枝改性膜不同的是，过硫酸钾接枝改性膜降低了膜表面粗糙度，使其具有更好的抗BSA污染性能。此外，小分子对两种改性聚酰胺膜的污染程度都明显强于大分子。
【作者】姚国华；
【导师】俞三传；
【作者基本信息】浙江理工大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】聚酰胺；反渗透膜；聚乙烯醇；表面接枝；抗污染；耐氯；

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