新型反渗透、纳滤复合膜材料的制备与性能

• 作 者: 李磊
• 机 构: 中国科学院长春应用化学研究所
• 出 处: 中国科学院长春应用化学研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 界面聚合 反渗透复合膜 纳滤复合膜 聚酰胺 高分子链结构

反渗透复合膜和纳滤复合膜在海水淡化、超纯水制备、污水处理、制药、生物等领域得到了广泛的应用。然而，目前反渗透复合膜和纳滤复合膜市场基本被少数几家国外大企业垄断，并且申请了名目繁多的专利，严重制约了我国反渗透复合膜和纳滤复合膜的发展。因此为了开发具有自主知识产权的反渗透、纳滤复合膜和探讨单体结构、高分子链结构和复合膜性能之间的关系，我们开展了以下几方面的研究：　　
1，通过Suzuki偶联和Ni(0)催化偶联的方法制备得到了两种含联苯结构的多元酰氯：3，4’，5-联苯三酰氯(BTRC)，3，3’，5，5’-联苯四酰氯(BTEC)，并由这两种单体和间苯二胺制备得到了反渗透复合膜，反渗透性能测试的结果表明和传统的均苯三酰氯/间苯二胺复合膜性能比较，含有联苯结构的反渗透复合膜尽管在通量上略有下降，但是都显示了更高的脱盐率。　　
2，在第一部分工作的基础上合成了3，3’，5，5-联苯四酰氯的两种同分异构体：2，2’，5，5’一联苯四酰氯(BTEC)，2，2’，4，4’-联苯四酰氯(BTEC)，并在同等条件下，制备得到了三种反渗透复合膜。反渗透性能测试的结果表明，复合膜水通量的变化顺序为：op-BTEC/MPD>om-BTEC/MPD>mm-BTEC/MPD，脱盐率的变化顺序正好相反mm-BTEC/MPD>om-BTEC/MPD>op-BTEC/MPD。红外和光电子能谱的表征结果表明：高反应活性的mm-BTEC制备得到的复合膜表面具有较高的羧酸基团含量，较低的酰胺键含量；低反应活性的om-BTEC和op-BTEC制备得到的复合膜表面具有酰较高的酰胺键含量，较低的羧酸基团含量。增加复合膜表面酰胺基团的含量有利于复合膜的水通量，增加复合膜表面羧酸基团的含量有利于增加复合膜的脱盐率。　　
3，利用简单的合成路线，制备得到了含有酰胺健的三胺单体N-(4-苯胺)-3，5-二胺基苯酰胺(DABA)。利用新的三胺单体，间苯二胺和均苯三酰氯制备得到了反渗透复合膜，通过调节DABA单体和间苯二胺的比例，讨论了DABA单体的引入对复合膜性能、复合膜表面化学组成和复合膜表面形态的影响。结果表明少量DABA单体的引入可以大幅度的提高复合膜的水通量(可以提高50％)，而对复合膜的脱盐率影响较小。　　
4，利用3，3’，5，5’-联苯四酰氯(mm-BTEC)和哌嗪(PIP)通过界面聚合的方法制备得到了纳滤复合膜，详细讨论了酰氯单体浓度、哌嗪单体浓度、反应时间、水溶液pH值等制膜条件对纳滤膜性能的影响，制备得到的纳滤复合膜显示了良好的性能。在0.5Mpa的操作压力下，对500ppm的Na2S04水溶液的水通量为51.5L/m2h，脱盐率为95％。和均苯三酰氯和哌嗪制备的纳滤复合膜比较，mm-BTEC/PIP纳滤复合膜具有更好的水通量，脱盐率略低。mm-BTEC/PIP纳滤复合膜高的水通量可能来自于复合膜表面高的羧酸含量和高的电荷密度。　　
5，利用3，3’，5，5’-联苯四酰氯、均苯三甲酰氯和哌嗪通过界面聚合的方法制备得到了纳滤复合膜，讨论了均苯三甲酰氯的浓度对复合膜性能、复合膜表面化学组成、复合膜表面形态的影响。结果表明，均苯三酰甲氯的引入提高了纳滤复合膜的脱盐率，并且制得的纳滤复合膜在长期运行中显示了良好的稳定性。