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纳滤(NF)是一种介于超滤和反渗透之间的膜分离技术,广泛应用于污水处理、海水淡化、食品工业、生物制药等各个领域。目前,通过界面聚合法制备的聚酰胺纳滤膜以其良好的渗透分离性能成为了商品化纳滤膜的主流。然而,聚酰胺材料极易受到溶液中活性氯的进攻而导致性能下降,这个问题极大地限制了纳滤膜的进一步应用发展。本文针对这一问题,基于简单可控,具有大规模应用潜力的表面涂覆方法,以乙烯基咪唑(Ⅵ)作为聚合物材料的核心单体,在不同表面构建功能层制备耐氯性复合纳滤膜。具体研究内容和主要结论如下: 以乙烯基咪唑(Ⅵ)、丙烯酰胺(AM)、2-甲基丙磺酸-丙烯酰胺(AMPS)为单体,采用自由基聚合法合成了三元无规共聚物P(AMPS-co-Am-co-Ⅵ),通过浸涂的方式成功在商品化聚酰胺纳滤膜表面引入功能层,制备出表面光滑平整、具有良好亲水性和润湿性,表面呈现趋于电中性的弱负电性的改性复合膜,具有良好的抗BSA污染的能力,通量回复率高达87.6%。调节聚合物浓度得到在2.0 g/L时的最优性能为0.4 MPa下纯水通量为37.1 L/(m2 h),对2000 ppm的MgSO4截留率为97.5%,并呈现典型荷负电纳滤膜的分离特性,对不同无机盐的脱除顺序为:NaCl<MgCl2<MgSO4≈Na2SO4,其截留分子量约为200 Da。改性膜具有良好的耐氯性能,耐受强度随着涂覆浓度的增大而逐渐增强,特别是在酸性环境下的耐氯性强于中性环境,涂覆层以阻挡层作用为主,牺牲层作用为辅,二者相结合共同保护选择层免受活性氯的进攻。聚合物涂层与底膜具有较强的相互作用,能够经历长时间运行并保持性能稳定。 通过自由基聚合合成了聚乙烯基咪唑(PVI)均聚物,利用PVI中咪唑环上的叔胺活性基团进行季铵化界面交联,在聚砜超滤膜表面构建超薄致密选择层,制备出具有耐氯功能的复合纳滤膜,以期从新材料的角度在根本上解决不耐氯的问题。通过调控涂覆的工艺条件,可以调节分离层的结构,从而控制纳滤膜的渗透分离性能,得到了最优化的制备条件为PVI水溶液浓度为0.75%,对二苄氯(XDC)正庚烷溶液浓度为0.25%,反应时间为4h,反应温度为60℃,此时纳滤膜在0.4MPa下纯水通量为22.0 L/(m2 h),对10mM的MgCl2的截留率为90.1%。改性膜表面带强正电,等电点约为10.0,对不同种类的无机盐表现出典型荷正电纳滤膜的分离性能,脱除顺序为:Na2SO4<MgSO4<NaCl<MgCl2。复合纳滤膜的平均孔径dp约为1.5 nm,截留分子量为1170,可以实现小分子之间或小分子与无机盐之间的分离,具有一定的分子选择性,可应用于某些界面聚合制备纳滤膜无法实现的特定的分离过程。改性膜具有较好的耐氯性能,且活性层具有良好的稳定性,保证了膜在实际环境中的长期运行。 本文的方法和材料对新型功能化纳滤膜的设计和制备提供了一定参考,并具有放大应用的潜力。