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纳滤膜(Nanofiltration membrane)介于反渗透膜和超滤膜之间,由于其对二价、多价离子和相对分子质量在200以上的有机物和大的离子团有较高的截留率,且投资成本和操作维护费用相对较低,问世10多年来以其显著的分离特性受到人们的关注和重视,在水处理、食品加工、医药等方面具有广阔的应用前景。本文制备了系列壳聚糖改性基元：(1)向列相液晶基元5-(4-(4-(4-甲氧基苯甲酰氧基)苯基)苯氧羰基)戊酸(M1)；(2)胆甾相液晶基元5-胆甾醇基羰氧基戊酸(M2)；(3)手性基元4-(2-异丙基-5-甲基环己基)氧基-3-酮基丙酸(M3)；(4)阳离子基元N-己酸基-N,N,N-三乙基氯化铵(M4)；(5)阴离子基元2-(4-((4-磺苯基)二氮烯基)苯氧基乙酸(M5)。通过红外光谱(IR)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和比旋光度测定仪对其性能进行表征,结果表明：液晶基元M1为互变热致液晶化合物,熔点187℃,清亮点361℃,升温过程呈现了纹影织构,降温过程中出现了十字消光小球织构,是典型的向列型液晶;胆甾相液晶基元M2为互变热致液晶化合物,熔点137℃,清亮点147℃,升温过程呈现了油丝织构,降温过程中出现了破碎焦锥织构,是典型的胆甾型液晶,旋光度为-2.40,为左旋物质,具有螺旋结构；手性基元M3熔点较低(67℃),旋光度为0.005°,为右旋物质,具有螺旋结构；阳离子基元M4的熔点为200.4℃,随着温度的升高分解；阴离子基元M5的熔点为301℃,随着温度的升高分解。以各种基元作为单体,按照一定的比例制备了系列改性壳聚糖：(1)将单体M1按照不同的比例(0%～1000%)和壳聚糖进行接枝聚合得到P1系列改性壳聚糖。(2)将单体M2按照不同的比例(0%～1000%)和壳聚糖进行接枝聚合得到P2系列改性壳聚糖。(3)将单体M3按照不同的比例(0%～1000%)和壳聚糖进行接枝聚合得到P3系列改性壳聚糖。(4)将单体M2和M4作为单体对壳聚糖进行接枝聚合,M2接枝比例为10%,M4按照不同的比例(0%～900%)得到P4系列改性壳聚糖。(5)将单体M2和M5作为单体对壳聚糖进行接枝聚合,M2接枝比例为10%,M5按照不同的比例(0%～90%)得到P5系列改性壳聚糖。(6)将单体M3和M4作为单体对壳聚糖进行接枝聚合,M3接枝比例为5%,M4按照不同的比例(0%-95%)得到P6系列改性壳聚糖。(7)将单体M3和M5作为单体对壳聚糖进行接枝聚合,M3接枝比例为5%,M5按照不同的比例(0%～95%)得到P7系列改性壳聚糖,通过红外光谱表征接枝后结构的变化,结果表明改性基元成功接枝到壳聚糖。用自制的聚砜超滤膜为基膜,用改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料,乙酸作为溶剂,用聚乙烯醇作为成孔剂,用戊二醛做交联剂,采用流延的方法制备出7个系列纳滤膜。(1)用P1系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列纳滤膜。和单独以壳聚糖作为铸膜材料相比,单体M1改性后壳聚糖和壳聚糖混合物制备的纳滤膜,由于M1的刚性结构和庞大的体积引起纳滤膜孔径的增大,所以通量增大,最大通量为68705 L.m-2.h-1,但截留率较低,对1000 mg/L NaCl的截留率最大仅13.5%。(2)用P2系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列纳滤膜。和单独以壳聚糖作为铸膜材料相比,单体M2的螺旋结构使孔的曲折度增加,能够增大膜的截留性能,同时也能提高通量。当接枝度为10%时,对1000 mg/L NaCl最大截留率为64.4%,相应通量为2133 L.nf2.h-1。为了得到纳滤性能最优的纳滤膜,探究制膜条件得到最佳制备条件：戊二醛浓度为1%,聚乙烯醇浓度为0.06%,乙酸浓度为6%,在室温下交联14 h,P2-4和壳聚糖的比例4：5,以0.4 MPa预压0.5 h后在此压力下用1000 mg/L的NaCl溶液测试,截留率为65%,通量为2062 L.m-2.h-1,和传统纳滤膜相比,在保持较高截留率的同时,通量显著增加,约高出三个数量级。(3)用P3系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列纳滤膜。和P2系列纳滤膜相比,单体M3改性后壳聚糖和壳聚糖混合物制备的纳滤膜,由于M3的体积小于M2的体积,使孔的曲折度增加更大,能够进一步增大膜的截留性能。当接枝度为5%时,对1000 mg/L NaCl最大截留率为97.3%,相应的通量为360L.m-2.h-1。为了得到纳滤性能最优的纳滤膜,探究制膜条件得到最佳制备条件：戊二醛浓度为1.25%,聚乙烯醇浓度为0.06%,乙酸浓度为5%,在室温下交联18 h,P3-3和壳聚糖的比例3：6,以0.4 MPa预压0.5 h后在此压力下用1000 mg/L的NaCl的截留率为98.2%,通量为351 L.m-2.h-1,和传统纳滤膜相比,此纳滤膜的通量和截留率都有显著提高。(4)用P4系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列含手性液晶基元荷正电纳滤膜。由于荷正电基元M4的引入,制备的纳滤膜对CaCl2截留率显著增加,接枝度为70%时,达到最大截留率95.7%,而此时对NaCl和Na2SO4的截留率分别为47%和20%。然而随着接枝度的增加此系列纳滤膜对NaCl和Na2SO4截留率则呈下降的趋势。随着接枝度的增大,通量呈上升的趋势,顺序是Na2SO4>NaCl>CaCl2,通量在2202～3385 L.m-2.h-1。此膜是典型的荷正电膜,适合从混合物中分离阳离子。(5)用P5系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列含手性液晶基元荷负电纳滤膜。由于荷负电基元M5的引入,制备的纳滤膜对Na2SO4截留率显著增加,接枝度为20%时,达到最大截留率93%,而此时对NaCl和CaCl2的截留率分别为47%和33.4%。然而随着接枝度的增加此系列纳滤膜对NaCl和CaCl2截留率则呈下降的趋势。随着接枝度的增大,通量呈上升的趋势,顺序是CaCl2>NaCl>Na2SO4,通量在2202～5249 L.m-2.h-1。此膜是典型的荷负电膜,适合从混合物中分离阴离子。(6)用P6系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列含手性基元荷正电纳滤膜。由于荷正电基元M4的引入,制备的纳滤膜对CaCl2截留率显著增加,接枝度为95%时,达到最大截留率95.8%,而此时对NaCl和Na2SO4的截留率分别为39%和30%。然而随着接枝度的增加此系列纳滤膜对NaCl和Na2SO4截留率则呈下降的趋势。随着接枝度的增大,通量呈上升的趋势,顺序是Na2SO4>NaCl>CaCl2,通量在381～987 L.m-2.h-1。此膜是典型的荷正电膜,适合从混合物中分离阳离子。(7)用P7系列改性壳聚糖和壳聚糖混合物作为铸膜材料制备出系列含手性基元荷负电纳滤膜。由于荷负电基元Ms的引入,制备的纳滤膜对Na2SO4截留率显著增加,接枝度为20%时,达到最大截留率94%,而此时对NaCl和CaCl2的截留率分别为68.6%和61.3%。然而随着接枝度的增加此系列纳滤膜对NaCl和CaCl2截留率则呈下降的趋势。随着接枝度的增大,通量呈上升的趋势,顺序是CaCl2>NaCl>Na2SO4,通量在381～957.1 L.m-2.h-1。此膜是典型的荷负电膜,适合从混合物中分离阴离子。采用SEM和三维红外图像系统对各系列最佳纳滤膜的结构进行表征,看到所制备的膜为典型复合膜,上层比较薄但很致密的功能层,它对膜的截留性能起着决定性的作用；下层为疏松大孔径的聚砜超滤膜支撑层。