结构可控超支化聚合物低压纳滤复合膜的研究

通过界面聚合法将具有疏松分子结构的超支化聚合物复合到超滤膜表面，制备具有疏松致密层结构的超支化聚合物低压纳滤复合膜。通过改变超支化聚合物分子量、交联剂、交联度等调节超支化聚合物低压纳滤复合膜选择层的致密程度，通过调节超支化聚合物末端基团的种类调控超支化聚合物纳滤膜表面的电荷，达到调节超支化聚合物纳滤膜操作压力和截留性能的目的；深入了解超支化聚合物分子量、末端基团种类、交联剂种类、交联度等对超支化聚合物低压纳滤复合膜多层次结构以及对饮用水中金属离子、不同分子量中性分子、汞、砷等有毒物质、有机物、染料分子等脱除效果的影响。结合超支化聚合物低压纳滤膜对系列不同电荷、不同分子量物质的截留和公式计算等手段得到超支化纳滤膜的孔径参数，探讨超支化聚合物低压纳滤复合膜的分离机理、解释超支化聚合物纳滤膜特殊盐截留顺序的原因。

纳滤技术是一种具有特殊分离性能的新型低压驱动膜分离技术，对于高价离子及分子量介于200-1000Da的有机分子具有很高的截留性能，已在有机物纯化、各种工业废水（液）处理等领域得到广泛应用。目前，纳滤技术应用中的主要问题是操作压力高和抗污染性差。本课题针对上述两个问题，采用了结构较为疏松的带有不同数量末端基团（16、32和64）的超支化聚酯（HPE）为反应性单体，制备了同时具有高脱盐率、高通量及良好稳定性的纳滤膜，研究了超支化聚合物结构、末端基团数量以及交联时间、热处理时间等工艺条件对纳滤膜结构和性能的影响。结果表明，超支化聚合物作为反应分子制备的纳滤膜较以乙二醇等小分子为反应物制备的纳滤膜性能更为优越。以超支化聚合物为反应单体制备得到的纳滤膜普遍比以小分子单体制备得到的纳滤膜通量高。. 项目还考察了膜的物化性能，研究了操作条件对纳滤膜性能的影响。结果表明制备的纳滤膜较工业上传统的聚酰胺纳滤膜耐酸碱性强，可长期稳定运行，当操作压力升高时，纳滤膜通量线性增加。由于孔径筛分和Donnan平衡的协同作用，HPE复合纳滤膜对不同盐截留率随HPE代数的升高而逐渐升高；不同盐截留率从高到低的顺序是Na2SO4>NaCl>MgSO4>MgCl2，表明该复合膜是典型的荷负电纳滤膜。. 通过HPE纳滤膜对模拟染料废水的连续脱盐浓缩处理，考察复合膜对不同染料的截留性能，并分析了其分离机理。结果表明，该纳滤膜在分离过程中由于同时受到孔径筛分和Donnan效应的协同作用，更适合应用于对分子量较高的染料或阴离子型染料的浓缩与回收。用NF-G4（第四代HPE）膜对染料废水进行连续浓缩实验，表明NF-G4膜对活性艳蓝XBR的截留率一直高于92%，染料浓度提高了2.5倍，回收率约为71.6%，平均脱盐率为71.89%，且随着NaCl浓度增加而增加，表明该纳滤膜适合用于染料浓缩脱盐。. 项目还以哌嗪为单体制备了中空纤维纳滤膜，优化了制备工艺，并用中空纤维纳滤膜处理模拟染料废水。结果表明，中空纤维纳滤膜对活性艳蓝XBR、酸性红B和阳离子红GTL截留率分别为99.71%、99.99%和99.90%。染料浓缩脱盐结果表明制备的中空纤维膜纳滤膜对染料/盐的混合物有很好的分离效果。