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目前水资源短缺和水污染的问题日益凸显，开辟新的淡水来源及水资源的循环利用是人类生存和社会发展亟需解决的重大环境问题。膜分离技术已经在海水脱盐、水及污水高效深度处理与回用等领域有重要应用，为缓解水资源危机提供了关键技术，但是膜污染等瓶颈问题却限制了滤膜的应用与发展。因此，改进现有的滤膜材料，制备性能稳定的高通量、高选择性抗污染滤膜，进一步拓展滤膜在环境领域的应用是重要科学问题。本论文重点综述了滤膜在环境领域的主要应用、常用的滤膜改性方法，并介绍了常用功能聚合物的制备手段。通过原子转移自由基聚合(ATRP)的方法构建了一系列具有不同分子结构的添加剂用于醋酸纤维素滤膜的改性，以聚合物添加剂的分子拓扑结构设计为主线，探究了功能添加剂分子结构对滤膜表面性质和结构功能的影响。系统地从宏观和微观角度研究了添加剂分子结构对滤膜的亲疏水性、孔径等重要参数的影响，利用腐殖酸和大肠杆菌等模型污染物表征了改性滤膜的抗污染性能，利用三种不同粒径的聚苯乙烯颗粒表征了改性滤膜的截留性能。
本论文的研究成果可为设计聚合物添加剂的分子结构以调控滤膜性质，从而制备具有特定功能和结构的高性能滤膜提供理论指导与技术支持。论文的主要结论及创新点如下：
(1)探明了添加剂分子结构(亲水分子链长度和接枝密度)与滤膜表面性质及内部结构的构效关系。通过ATRP，以溴代乙基纤维素为引发剂，精确控制聚合了两种具有相同数量亲水单体但是不同分子结构的聚合物添加剂(每100个AGU单元中，具有4个链长为41个亲水单体的AL、具有22个链长为8个亲水单体的AS)，将添加剂与醋酸纤维素(CA)共混制备得到两种亲水滤膜ML和MS。实验结果表明，与密集的亲水短链相比，具有分散亲水长链的添加剂能够更有效提高滤膜表面的亲水性和抗不可逆膜污染的能力，清洗后膜的相对通量恢复率能达到90%以上。因此，制备具有分散亲水长链的添加剂能更有效的发挥亲水单体的改性效率。该研究为滤膜改性中高效亲水添加剂的制备提供理论指导，为降低亲水滤膜的生产成本提供技术支持。
(2)提出了通过功能添加剂分子结构设计(亲水侧链长度)调控滤膜孔径的方法。以溴代乙基纤维素为引发剂，制备了三种具有不同亲水链长的聚合物添加剂(A1、A2、A3链长分别为18、38、58)，分别将三种聚合物添加剂与CA共混，制得三种超滤膜M1、M2和M3。结果表明，添加剂分子结构设计是一种制备具有不同大小均匀孔径滤膜的有效方法。随着聚合物添加剂亲水侧链链长的增加，滤膜的表面孔径增大，在不同粒径的聚苯乙烯微球的截留实验中M1膜能截留粒径＞20nm的PS微球，M2膜能截留粒径＞50nm的PS微球，M3膜能截留粒径＞100nm的PS微球，验证了滤膜的孔径调控效果。同时，滤膜的亲水性、纯水通量和抗不可逆污染能力也随着添加剂亲水链长的增加而提高。
本论文的研究成果可为设计聚合物添加剂的分子结构以调控滤膜性质，从而制备具有特定功能和结构的高性能滤膜提供理论指导与技术支持。论文的主要结论及创新点如下：
(1)探明了添加剂分子结构(亲水分子链长度和接枝密度)与滤膜表面性质及内部结构的构效关系。通过ATRP，以溴代乙基纤维素为引发剂，精确控制聚合了两种具有相同数量亲水单体但是不同分子结构的聚合物添加剂(每100个AGU单元中，具有4个链长为41个亲水单体的AL、具有22个链长为8个亲水单体的AS)，将添加剂与醋酸纤维素(CA)共混制备得到两种亲水滤膜ML和MS。实验结果表明，与密集的亲水短链相比，具有分散亲水长链的添加剂能够更有效提高滤膜表面的亲水性和抗不可逆膜污染的能力，清洗后膜的相对通量恢复率能达到90%以上。因此，制备具有分散亲水长链的添加剂能更有效的发挥亲水单体的改性效率。该研究为滤膜改性中高效亲水添加剂的制备提供理论指导，为降低亲水滤膜的生产成本提供技术支持。
(2)提出了通过功能添加剂分子结构设计(亲水侧链长度)调控滤膜孔径的方法。以溴代乙基纤维素为引发剂，制备了三种具有不同亲水链长的聚合物添加剂(A1、A2、A3链长分别为18、38、58)，分别将三种聚合物添加剂与CA共混，制得三种超滤膜M1、M2和M3。结果表明，添加剂分子结构设计是一种制备具有不同大小均匀孔径滤膜的有效方法。随着聚合物添加剂亲水侧链链长的增加，滤膜的表面孔径增大，在不同粒径的聚苯乙烯微球的截留实验中M1膜能截留粒径＞20nm的PS微球，M2膜能截留粒径＞50nm的PS微球，M3膜能截留粒径＞100nm的PS微球，验证了滤膜的孔径调控效果。同时，滤膜的亲水性、纯水通量和抗不可逆污染能力也随着添加剂亲水链长的增加而提高。