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纳滤膜技术作为现代分离技术的重要手段之一,其分离特性介于超滤膜和反渗透膜之间,独特的分离性能赋予纳滤膜技术在工业领域中广泛应用,尤其是在水处理、脱盐、食品工业、生物医药等方面。有许多的制备纳滤膜的方法,如L-S相转化法、合金共混法、复合法等,其中复合法又分为涂覆法、表面接枝改性法、层层自组装法、界面聚合法,界面聚合法是目前商业化纳滤膜的主要制备方法。 本课题采用界面聚合法,在聚醚砜(PES)中空纤维超滤膜上制备复合纳滤膜,选用制备商业化复合纳滤膜广泛使用的聚合单体哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)。根据单因素法确定最佳制膜工艺参数:水相晾置时间15min,PIP为1.5 wt%,TMC为0.2 wt%,聚合时间30 s,热处理条件80℃/20 min,在0.3MPa、25℃条件下,所制得的复合纳滤膜纯水通量为36.6 L/m2 h,对1000 mg/LMgSO4溶液截留率为85%,对无机盐的截留率顺序如下:R(Na2SO4)>R(MgSO4)>R(MgCl2)>R(NaCl)。 以最佳制膜工艺为基础配方,向其中加入多种添加剂,包括醇类(乙醇、乙二醇、丙三醇)、相转移催化剂(4-二甲氨基吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、PEG-400)、缚酸剂(三乙胺)、共溶剂(四氢呋喃、二甲基亚砜)、亲水性高分子(聚丙烯酸钠),研究添加剂种类及用量对复合纳滤膜结构与性能的影响。 实验结果表明:(1)乙醇含量为PIP的100wt%时,可以作为反应性共溶剂,截留率从85%增至96%;(2)多元醇(乙二醇、丙三醇)可以显著提高纳滤膜的截留率;(3)4-二甲氨基吡啶和十六烷基三甲基溴化铵催化效果相当,截留率提高至96%左右,PEG-400是无效的相转移催化剂;(4)适量的缚酸剂三乙胺可以使反应正向进行,增加膜截留率,但应注意用量;(5)二甲基亚砜作为共溶剂的效果比四氢呋喃好,添加量同为2 wt%,添加前者的复合纳滤膜通量和截留率都较大(26.0 L/m2h、99%),添加后者的复合纳滤膜通量为19.5 L/m2 h,截留率为95%;(6)添加10 wt% PIP的亲水性高分子聚丙烯酸钠(PAAS)使复合纳滤膜的截留率增大至91%。