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中空纤维复合纳滤膜既具有复合纳滤膜高选择性、高通量的优势,还具有中空纤维膜自支撑、单位体积装填密度高和设备小型化等优点,在工业应用中更具潜力。为解决中空纤维复合纳滤膜功能层易脱落的问题,本文采用紫外、低温等离子体和电子束辐照将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)接枝到聚砜(PSf)中空纤维超滤膜表面,通过接枝方法的选择和制备条件的调节最终将超滤膜转变成纳滤膜,使其在较低操作压力下具有较高的渗透通量和脱盐性能。
采用低功率紫外灯辐照接枝AMPS,与基膜相比,接枝膜的亲水性和纯水通量显著提高,荷负电性增强,对大分子肝素钠的截留率提高,但对Na2SO4的截留率较低,在12%左右。
采用两步等离子体法,即等离子体预处理与等离子体接枝相结合的方法,成功地接枝AMPS制备了荷负电纳滤膜。ATR-FTIR、XPS、FESEM、水接触角和力学性能分析表明,等离子体预处理引入C=O和CONH极性基团使基膜亲水性提高对AMPS的成功接枝起决定性作用。等离子体预处理时发生刻蚀反应,膜表面出现小孔,断裂强力下降,且预处理时间延长,刻蚀作用增强。接枝后膜表面被接枝物覆盖,小孔消失,断裂强力提高,预处理时间较短(≤30s)的基膜接枝后断裂强力甚至高于基膜。纳滤膜制备条件、脱盐时操作条件以及单种盐和混合盐的截留表明,最佳条件制备的纳滤膜在25℃、0.4MPa下对200mg/LNa2SO4的截留率达91.1%,渗透通量为17.4L·m-2·h-1,对SO42-的选择性截留远高于Cl-。
采用电子束共辐照法使膜外表面和内表面同时接枝AMPS,制备了大孔径荷负电中空纤维纳滤膜。考察辐照剂量、单体浓度、阻聚剂浓度、交联剂种类和浓度、溶剂类型和溶液体积对接枝率、孔径和脱盐性能的影响,结果表明,接枝率可控制在0.78~13.23mmol/m2,总体而言,随着接枝率的增大,接枝膜亲水性提高,膜孔变小,通量降低,对Na2SO4的截留率增大。接枝率为4.68mmol/m2的纳滤膜纯水渗透系数为71L·m-2·h-1·MPa-1,在25℃、0.4MPa下对200mg/LNa2SO4的截留率为96.1%,渗透通量为32.4L·m-2·h-1。纳滤膜更适于在中性和碱性环境下截留Cr(Ⅵ),接枝率越高对Cr(Ⅵ)的截留率越高。当pH=9时,接枝率为2.67、4.68和9.95mmol/m2的纳滤膜对1mMCr(Ⅵ)的截留率分别在88%、92%和95%左右,而且几乎不受操作压力和低浓度Na2SO4与NaCl的影响。