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膜分离技术的关键是膜材料的选取与成膜方法的运用,在分离膜的设计与制备领域中,基于超支化聚合物的研究已经广泛展开,但仍不成熟。超支化聚合物作为一种新型的高分子材料,相对于传统聚合物而言,具有结构高度支化、含有大量端基及分子内孔道、黏度小及不易结晶等特性,且能采用一步法合成,容易实现大规模制备,在众多领域有着广泛的应用。 本文引入了一种工业级超支化聚合物Boltorn W3000,该聚合物在超支化聚酯的骨架结构上,端基接枝大量亲水的聚乙二醇链段及疏水的不饱和脂肪酸链段。基于该超支化聚合物的结构与特性,选取两种不同的成膜方法,分别在聚丙烯腈(PAN)平板膜及氧化铝管式陶瓷膜上制备复合膜,通过不同分析手段揭示了成膜过程中膜表面官能团及微观结构的变化,将其应用于纳滤及渗透汽化等领域,考察了复合膜的分离性能及稳定性。 利用超支化聚合物结构的双亲性,将超支化聚合物W3000分散在水相中,使其发生自乳化形成均匀乳液,通过TEM表征了该乳液的微观形态及分散情况。以戊二醛(GA)为交联剂,采用一步自组装的方法在PAN平板膜支撑层上制备了超薄致密而无缺陷的分离层。将所制备的复合膜用于纳滤领域,该膜对染料(以甲基蓝为例)的截留率和通量分别达到97.6%及54.3 L/(m2h),同时对盐(NaCl)的截留率保持在13%左右,表现出了良好的染料脱盐性能。考察了W3000乳液浓度、浸渍组装时间、交联剂浓度等成膜因素和料液中盐浓度、染料浓度、操作压力等操作条件对复合膜性能的影响,并考察了复合膜在长时间运行中的稳定性。由于双亲性膜层的引入,制备的复合膜具有一定抗污染能力。采用乳液成膜技术制备复合膜,方法简单、材料易得,具有一定的工业应用潜力。 将W3000溶于DMF中,利用超支化聚合物W3000分子量小、流动性好的优势,采用浸渍法将W3000完全充满管式陶瓷基膜内的孔道中;再根据其端基(-OH和-COOH)可反应的特点,对膜进行热处理,使W3000发生自交联而成膜。采用红外光谱及紫外可见光谱验证了自交联反应的发生。采用SEM对成膜前后膜的微观形貌进行了考察,结果表明采用本方法能够成功制备出“孔填充”型复合膜。将制备的超支化聚合物管式膜用于渗透汽化领域中甲苯/正庚烷混合物的分离,其分离因子及通量分别可达到5.13及66.3 g/(m2h)。为了进一步考察“孔填充”膜的稳定性,采用溶剂堵孔的方式成功制备了“非孔填充”结构复合膜。通过稳定性测试,证明了“孔填充”型复合膜具有较好的稳定性。研究中采用的成膜方法简单,拓宽了耐溶胀、稳定性好的芳烃/烷烃分离膜的制备方法。