新型酚酞聚芳醚砜膜材料

Refering to the chlorine tolerance, acid and alkali resistance, and fouling issues in polyamide nanofiltration and reverse osmosis membranes, we intends to establish a high-performance membrane materials system, which is based on functional cardo poly(arylene ether sulfone). In view of the particularity of cardo structure, we can introduce special groups into Phenolphthalein, and then obtain the corresponding poly(arylene ether sulfone). In this program, we plan to carry out research from the following three aspects: In the first place, synthesis and properties of sulfonated cardo poly(aryl ether sulfone) bearing pendant alkyl hydroxyl group, and its applications in chlorine tolerant nanofiltration and reverse osmosis membranes. The next, the synthesis and properties of sulfonated cardo poly(aryl ether sulfone) with pendant tertiary amine groups, and its applications in nanofiltration and reverse osmosis membranes with pH responsive properties. Finally, the synthesis and properties of Cardo poly(aryl ether sulfone) with pendant quaternary ammonium groups, and its applications in positively charged nanofiltration and reverse osmosis membranes. After the launching of this program, it is hopeful to solve the main problems hindering sulfonated poly(aryl ether sulfone) for nanofiltration and reverse osmosis membranes usage. Moreover, it is hopeful to develop separation membrans for special application purpose, for example, pH responsive and positively charged.

针对目前聚酰胺反渗透和纳滤膜材料耐氯氧化性、酸碱稳定性、膜污染方面的问题，拟研究建立基于新型功能化酚酞聚芳醚砜的高性能反渗透和纳滤膜材料体系。利用酚酞分子结构便于修饰的特点，向其中引入特殊官能基团，进而得到功能化的酚酞型聚芳醚砜。项目拟主要研究三个方面的工作：一、侧链含羟基的磺化酚酞型聚芳醚砜（SPESC-OH）的可控合成、性质、以及用于高耐氯氧化性的复合反渗透和纳滤膜材料的研究；二、侧链含叔胺基团的磺化酚酞型聚芳醚砜（SPESC-TA）的可控合成、性质、以及制备具有pH响应效应的反渗透和纳滤膜的研究；三、侧链含季胺基团的酚酞型聚芳醚砜（PESC-Q和PESC-DQ）的可控合成、性质、以及制备荷正电的纳滤和反渗透膜的研究。通过项目的实施，有望解决磺化聚芳醚砜用于反渗透和纳滤膜方面所面临的主要问题；同时，有望发展出具有pH响应性质和荷正电特征的反渗透和纳滤膜材料。

针对聚酰胺反渗透和纳滤膜材料存在耐氯氧化性、耐酸碱性不足等问题，项目探索研究基于功能化聚芳醚砜（酮）的分离膜材料。利用酚酞分子便于引入官能基团的特点，通过分子设计，合成了侧链分别含有羟基、胺基、长链磺酸基团、叔胺和季胺基团的新型聚芳醚砜（酮）膜材料。利用所得材料发展了新型的抗污染超滤膜、荷正电的纳滤膜、荷负电的纳滤膜、以及质子交换膜等。此外，还发展了一种海水淡化反渗透膜抗污染涂层的制备方法。所得超滤膜 (PEK-OH) 经4小时的动态过滤操作后，其水通量恢复率可达78.3%，而同等条件下的商品化聚醚砜膜 (UE50) 的通量恢复率只有约46.5%；利用侧链含有叔胺基团的聚芳醚砜（酮），经表面涂敷制膜、结合化学交联的方法，发展了新型的荷正点纳滤膜，所得纳滤膜的截留分子量在800-1000 Da范围内可控，在0.4 MPa下，其对MgCl2的截留率可到97.8%，水通量可达11.8 L/m2.h；利用侧链同时含有磺酸基团和胺基的酚酞聚芳醚砜（酮），发展了一种在水体系中经涂敷制备复合纳滤膜的方法，经过胺基与交联剂交联，稳定了涂层，所得膜对Na2SO4的截留率可达96.1±1.1%，甲基橙和甲基紫的截留率均可达99.9%以上，水通量可达25.5±3.0 L/m2.h。经过项目研究，基本建立了经酚酞原料化学修饰发展官能化聚芳醚砜（酮）类成膜高分子材料的方法体系，系统研究了这类材料的制膜技术和工艺，深入评价了所得膜的应用性能，为进一步研究和规模化生产奠定了基础。