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在利用界面聚合法制备复合纳滤膜的工艺中聚酰胺复合纳滤膜是一种较为常见的,具备高通量、良好化学稳定性等优点的纳滤膜,因此许多研究人员在开发此类纳滤膜,并使产品商业化。在实际生产运行中,纳滤处理工艺所面临的主要问题则是膜污染,而严重的膜污染则会导致过水通量的降低和膜寿命的减小,进一步加重了运行维护的负担。膜污染有多种类型,包括有机污染、无机污染、微生物污染、胶体污染等。自然水体中存在的大量的有机污染物和无机离子对纳滤膜性能有较为显著地影响。目前,关于有机物与无机离子结合对纳滤膜的综合污染方面,只有少量的研究报道。在纳滤膜工程应用中,自然水域含有丰富的天然有机物(NOM)和大量存在的Ca2+对膜的污染作用必然会显著降低纳滤膜在实际生产中的经济效益。本文旨在揭示不同有机物形成的污染层对硫酸钙在聚酰胺复合纳滤膜面结垢行为的影响。主要包含两部分:一是使用界面聚合法制备高性能的聚酰胺复合纳滤膜,并对所制得的聚酰胺复合纳滤膜性能进行表征。二是探究三种不同典型有机物形成的有机污染层对聚酰胺复合纳滤膜硫酸钙结垢污染的影响。选用牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)、海藻酸(SA)作为典型有机污染物对纳滤膜进行污染,之后开始硫酸钙结垢实验。利用扫描电镜(SEM)观察了四种膜面条件下的硫酸钙形态,采用原子力显微镜(AFM)结合自制的硫酸钙探针测定了四种膜面条件下膜-硫酸钙及硫酸钙-硫酸钙之间的作用力,使用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)模拟微观污染物吸附过程,测定了三种有机污染条件下Ca2+的吸附量。主要研究结论如下:(1)以聚砜(PSF)为膜材料制备聚砜超滤基膜;选用哌嗪(PIP)为水相单体和均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,采用界面聚合法制备聚酰胺复合纳滤膜。(1)所得的超滤基膜为不对称膜,并且是典型的细长指状微孔结构。(2)聚酰胺复合纳滤膜在温度20±1℃,压力0.6MPa下纯水通量为40±5 L/(m2·h),截留分子量为400±50Da;对2000 mg/L Mg SO4溶液的通量为28L/(m2·h),截留率为90%以上;对几种无机盐溶液的通量次序为Na2SO4<Mg SO4<Mg Cl2<Na Cl,而截留率次序为Na2SO4>Mg SO4>Mg Cl2>Na Cl。室温下,测试溶液为去离子水的条件下,接触角为55±2°。(3)观察基膜和聚酰胺复合纳滤膜的表面微观形貌图可发现:基膜表面较为平坦光滑,而复合膜表面则明显有聚合层形成,较为粗糙,说明通过界面聚合在基膜表面形成了功能层。(4)聚酰胺复合纳滤膜表面选择层的C、N、O元素含量为81.76%,9.62%,8.62%,与聚酰胺聚合物的理论值基本接近。(5)傅里叶变换衰减全反射红外光谱图(ATR-FTIR)表明:基膜表面形成了聚酰胺功能层。上述测试结果说明了PIP单体和TMC单体通过界面聚合在基膜表面生成了具有选择透过性的聚酰胺功能层。(2)BSA、HA、SA对聚酰胺复合纳滤膜的污染程度为SA>HA>BSA;四种膜面条件下的聚酰胺复合纳滤膜硫酸钙结垢污染程度为SA>HA>BSA>新膜。硫酸钙结垢后的纯水通量恢复率为:新膜>BSA>HA>SA。这说明SA污染条件下形成的硫酸钙结垢与膜面结合牢固,不易去除;也表明不同种类的有机物对纳滤膜的硫酸钙结垢有不同程度的影响。(3)SEM图像和AFM粘附力大小、QCM-D测试结果说明:有机物大分子吸附在膜面改变了膜表面的特性,对硫酸钙晶体形成机理有显著影响。这是因为SA与Ca2+的相互作用可缩短硫酸钙晶体成核时间,增大晶体尺寸,导致纳滤膜通量迅速下降;HA与Ca2+络合增大了结垢层的厚度和密实度,导致纳滤膜通量衰减较大;而BSA与Ca2+的结合能力较弱,加上其特殊的心形分子结构,导致了该情况下硫酸钙结垢程度弱于其他两种有机物条件。(4)在原水预处理时,如果可以有针对性的去除不同类型的天然有机大分子污染物,则可以有效降低硫酸钙结垢造成的纳滤膜污染。但具体的工程操作还需要进一步的探究。