基于聚合物刷和电荷效应的分离膜表面改性与膜污染关系研究

针对膜法水处理研究中亟待解决的污染问题，以聚合物刷的概念和特点为启发，并结合电荷效应和溶剂化作用，选择合适的改性单体，建立聚合物刷在分离膜表面的固定方法，并开展分离膜的表面改性与膜污染关系研究。考察引入不同聚合物刷种类、密度以及链长度对分离膜表面性质、分离特性和耐污染能力的影响。通过探讨分离膜表面与污染物分子之间的空间立体作用、静电作用力以及溶剂化效应，来研究膜污染机理，找出减轻膜污染的方法，为耐污染分离膜的研究和开发提供理论基础。由于采用膜技术进行水处理和水的回用是解决我国水资源短缺问题的重要途径之一，因此本研究具有重要的科学意义和应用前景。

项目针对膜法水处理研究中亟待解决的污染问题，以聚合物刷的概念和特点为启发，并结合电荷效应和溶剂化作用，选择合适的改性单体，建立了几种聚合物刷在分离膜表面的固定方法，并探讨了聚合物刷的引入对分离膜表面性质的影响，研究了改性前后膜的分离特性和耐污染性能的变化。主要取得以下研究成果：（1）以紫外光引发接枝技术为手段，将电中性的聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯（PEGMA）和两性离子N,N-二甲基-N-(2-甲基丙烯酰胺乙基)-N-3-(磺丙基)铵（MPDSAH）固定在聚砜超滤膜表面，改性膜的表面接触角降低，亲水性提高，耐蛋白污染能力显著改善；（2）通过傅克反应先在聚砜膜表面引入具有反应活性的羧基基团，然后通过化学反应在膜表面产生聚乙二醇聚合物刷，完成聚砜超滤膜的表面改性，当聚砜膜表面羧基含量为231.8μmol/m2时，接枝改性膜的通量恢复率达到74％以上，总污染指数在0.54以下，而未改性聚砜超滤膜的通量恢复率仅为41％，总污染指数为0.69；（3）首先通过共混法在聚砜分离膜中引入羧酸基团，然后再通过化学反应在其表面引入聚合物刷，扩大了改性方法的适用范围，接枝的聚乙二醇链刷在聚砜膜表面形成亲水层，阻碍了蛋白质分子与膜表面的接触几率，有效抑制了蛋白质分子的吸附，从而提高了改性膜的耐污染能力；（4）以表面含有羧酸基团的聚酰胺反渗透复合膜为研究对象，以碳二亚胺为活化剂，通过化学接枝法在反渗透分离膜表面引入聚乙二醇聚合物刷，改性后的膜亲水性提高且表面更接近电中性，使改性膜在蛋白溶液和带正电的表面活性剂模拟污染物中显示了更好的耐污染性能。这些研究结果为耐污染分离膜的制备提供了新的思路和较好的技术积累，具有一定的科学意义和应用潜力。