芳香聚酰胺復合膜的表面溫敏性修飾.pdf

1、芳香聚酰胺反滲透復合膜以其優(yōu)越的分離性能被廣泛應用于脫鹽和水凈化領域，而膜污染是目前制約芳香聚酰胺反滲透復合膜發(fā)展和應用的關鍵技術問題之一，通過表面改性來提高芳香聚酰胺反滲透復合膜的抗污染性能和清洗效果則是目前反滲透膜技術領域的研究熱點之一。本文利用具有溫度感知功能的聚(N異丙基丙烯酰胺)類功能材料對芳香聚酰胺反滲透復合膜進行表面修飾，調(diào)節(jié)芳香聚酰胺反滲透復合膜的表面性質(zhì)，以提高聚酰胺反滲透復合膜的抗污染性能和清洗效果。首先采用溶液自由

2、基聚合制備了具有適合最低臨界溶解溫度(LCST)的N-異丙基丙烯酰胺（NIPAm）與丙烯酰胺(Am)的共聚物，研究了功能材料自身的溫度響應性能；然后采用溶液浸涂工藝將親水性聚合物均勻涂覆于聚酰胺反滲透復合膜表面，研究了修飾工藝條件對改性復合膜表面微結(jié)構特性、溫度響應特性的影響及酸堿處理對復合膜表面性質(zhì)的影響規(guī)律；最后采用錯流滲透實驗，研究了改性工藝、進液溫度和酸堿處理對改性膜分離性能的影響.并考察了改性膜的抗污染及清洗特性。得到以下結(jié)論

3、：
　　 (1)通過改變共聚物組成，可調(diào)節(jié)溫敏性共聚物P(NIPAm-co-Am)的最低臨界溶解溫度，其在水溶液、鹽溶液和不同pH值溶液中的LCST值均隨親水組分丙烯酰胺(Am)質(zhì)量分數(shù)的增加而線性提高。在鹽溶液中，其LCST值相比在水溶液中有所降低；在強酸或強堿溶液中，其LCST較高；而在弱酸溶液中，其LCST值較低。
　　 (2)溶液浸涂工藝可將溫敏性共聚物P(NIPAm-co-Am)成功涂覆在聚酰胺反滲透復合膜表面

4、，隨著改性聚合物溶液濃度的的增加，膜表面酰胺的含量明顯增加，而表面O/N逐漸減小。表面涂層會使膜表面山相對疏松變得緊密，且涂層材料會在膜表面局部富集而導致表面形貌由峰-谷狀形態(tài)轉(zhuǎn)為節(jié)-結(jié)狀形態(tài)。表面涂層可以增加膜表面的親水性，在20-200 ppm的范圍內(nèi)，改性聚合物溶液濃度越高，膜表面親水性越好；在相同溶液濃度下浸涂，聚合物中親水組分Am的含量越高，改性膜表面親水性越好。同時，表面涂覆溫敏性共聚物P(NIPAm-co-Am)使膜表面具

5、有溫度響應特性，改性膜親水性隨著溫度的升高而逐漸減小，且其發(fā)生親-疏水轉(zhuǎn)變的溫度隨改性共聚物中親水組分Am含量的增加而增大；改性膜片經(jīng)高于改性材料LCST的溫度熱處理再恢復至室溫后，其表面親水性與未經(jīng)高溫處理的改性膜片十分接近，改性膜表面具備可逆的溫度響應性。
　　 (3)溫敏性涂層材料基本不影響膜的脫鹽率，而其對膜滲透性能的影響則取決于改性材料的親水作用和滲透阻力增加效應。當涂層材料親水作用低于滲透阻力增加效應時，改性膜的通量

6、將低于未改性膜的通量；而當改性材料的親水作用高于滲透阻力增加效應時，改性膜通量將大于未改性膜；在相同溶液濃度改性條件下，改性膜的通量隨改性材料親水性的提高而增大；對于相同改性材料，改性膜的通量隨改性聚合物溶液濃度的增加而減小。
　　 (4)反滲透復合膜經(jīng)溫敏性材料修飾后，其滲透性能也具備溫度響應性：當進料溫度較低時，其親水性較好，滲透通量值較未改性膜高，但隨著進料溫度的升高，改性層親水性逐漸減小，疏水性逐漸增加，導致其滲透通量隨

7、溫度的增幅明顯低于未改性膜。
　　 (5)溫敏性涂層材料對聚酰胺反滲透膜具有抗強酸水解的保護作用：未改性膜在強酸條件下會發(fā)生水解而導致表面化學結(jié)構組成有較大變化；而經(jīng)溫敏性材料涂層改性后的膜，在強酸溶液中浸泡后，表面仍然能夠保持聚酰胺的化學結(jié)構組成，且其水解后的表面形貌較未改性膜表現(xiàn)得更為致密和不均勻；在不同pH值溶液中浸泡后，表面基團的離子化使膜表面親水性提高。
　　 改性PA TFC膜分離不同pH值的料液時，改性層能

8、有效緩解其在強酸環(huán)境中運行膜通量的下降趨勢。
　　 (6)表面改性能有效提高膜對高濃度蛋白類物質(zhì)(BSA)的抗污染性能和清洗效果，當分離含500 ppm NaCl和100 ppm BSA的料液時，經(jīng)35h的運行后，改性膜的通量下降率比未改性膜低20％，而經(jīng)清洗后，改性膜的通量恢復率比未改性膜高12％。同時，改性膜的抗污染性能及清洗效果與進液pH與離子強度有關，當溶液的pH值為BSA等電點附近時，膜污染程度最為劇烈，清洗后通量的恢