复合镶嵌膜荷电容量调控及性能优化

Charged mosaic membrane contains both anion and cation exchange groups, and the contents as well as the equivalent of these groups are important parameters which affect the characteristics of the mosaic membrane. In this proposal,the "living"/ controlled polymerization technique is applied for grafting different zwitterionic polymers onto the surface of inorganic nansheet materials, including hydrotalcite (HT) and montmorillonite (MMT). And then, the grafted nanosheets are added into polyethersulfone (PES) and sulphonated PES casting solution to prepare the hybrid charged mosaic membrane via phase inversion method. The main contents are studied as follows:(1)The preparation of inorganic nanosheet materials, HT and MMT; (2) The preparation of different zwitterionic polymers onto the surface of HT and MMT nanosheets via the controlled radical polymerization; (3) The determination of ion exchange capacity of the grafted zwitterionic polymers and the preparation of inorganic-organic hybrid mosaic membrane;(4)The investigation on the effect of charged capacity on the transfer mechanism and separation ability of the charged mosaic membrane.

荷电镶嵌膜同时带有阳离子和阴离子交换基团，其荷电容量是制约膜分离性能的关键因素。项目采用"活性"/可控聚合技术：将两性离子聚合物接枝到无机纳米片状材料（包括：水滑石和蒙脱土）之表面，形成带有正负两种电荷的纳米尺度离子交换材料，然后将其添加到聚醚砜和磺化聚醚砜膜材料中，通过相转化法制备杂化荷电镶嵌膜。主要研究内容包括：水滑石和蒙脱土等系列无机纳米片层材料的制备；纳米片层表面可控聚合接枝系列两性离子聚合物；离子交换容量的确定及杂化荷电镶嵌膜的调控制备；荷电容量对镶嵌膜传递机理及分离性能的影响。

“可持续发展”是当今社会发展的基本要求，所以在消除废水对环境危害的同时，实现中水回用和废水的资源化就显得尤为重要。具体来说，由于化学品排放和回收方面日益增长的需要，很多领域（纺织业、食品工业、农业、制药工业、矿业等）都迫切需要小分子有机物和盐的分离。特别是对那些含高浓度盐的纺织业废水，染料和盐的分离将不仅能够实现髙附加值有机物的回收利用，而且能够缓解印染水高盐度和染料废水的排放问题。然而，传统的废水处理方法都不能很好的实现染料废水中盐和染料的资源化。膜分离不需加入化学试剂，可避免分离过程中有效成分的变质，可在保证中水回用的同时回收废水中的有价值物质，浓缩液中的金属以及高分子残留物能作为进一步提取回收的对象。但是传统的纳滤膜会将染料废水中的二价盐和染料同时去除，且渗透通量较小，效率不高，并不能高效地实现染料废水的处理和资源化。针对以上问题，本研究利用无机纳米片层材料超薄、纳米尺寸及表面易功能化改性的特点，通过其功能化改性合成复合材料实现荷电容量及膜性能的定向调控。采用不同方法分别制备了一系列荷电镶嵌膜，疏松纳滤膜及抗菌、抗污染纳滤膜，用于染料废水的处理。考察无极纳米材料种类、含量，铸膜液组成及操作条件对膜渗透性能和选择性能的影响，确定最佳配方和最优操作条件；探讨不同片层材料在膜内的分布情况以及作用机理，提出最优设计，确定影响因素和强化途径，为膜的构建提供理论依据，并得到了可高效分离二价盐和染料的膜材料。同时本研究将二维材料的特殊性能与膜分离的优势相结合，拓展他们在膜分离领域中的应用。