含水通道磷脂复合反渗透膜的制备及性能研究

随着反渗透应用领域的扩展，作为反渗透技术核心的反渗透膜也面临着新的挑战，越来越多的新型功能材料显示出在反渗透领域的潜在应用价值。本项目拟以纳滤膜为支撑介质、以磷脂双层膜为基膜，制备分别含有水通道蛋白及碳纳米管的支撑磷脂复合反渗透膜,并通过添加甘油单酸脂调控磷脂双层膜的机械性质，提高复合反渗透膜中水通道的均匀分散和定向排列。利用AFM、SEM、ATR-FTIR、接触角测定、DSC等实验技术，表征所制备复合反渗透膜的表面形貌、结构，分析膜组分间的相互作用，揭示复合反渗透膜的形成机理；通过纳滤反渗透膜性能评价装置、离子色谱仪、水质分析仪等仪器测试复合反渗透膜的分离性能，探索其分离机理。本项目旨在制备一种新型的反渗透复合膜，阐明其成膜机理和分离机理，并通过上述研究为新型反渗透膜的发展及海水淡化提供新思路和理论基础。

膜法水处理技术是解决当今世界水资源短缺最有效、最经济的途径之一，但传统膜技术制得产品在材料成本、膜分离性能及能源消耗方面始终达不到很好的协调与平衡。本项目以制备高性能仿生膜为目的，围绕提高膜通量和截留率、增强仿生膜机械强度、降低膜污染开展了研究工作。首先研究了含有水通道蛋白（AQP）的仿生膜成膜机理，并对成膜条件进行了优化，最终制备得到了通量为85 LMH，NaCl截盐40%的仿生膜。在研究过程中发现，含AQP仿生膜的主要瓶颈在于膜缺陷的控制和膜强度的提升，因此我们利用静电层层自组装的方法，提高了仿生膜与基膜之间的吸引作用力，进一步制备得到了缺陷少、强度高的仿生膜，该膜的通量为25 LMH，NaCl截盐为75%，MgCl2截盐率达到98%，而且制备得到的仿生膜能够连续操作5天，在0.24 mM Triton X100的清洗作用下仿生膜的通量和截盐都能保持稳定。除了AQP，我们还尝试利用碳纳米管（CNTs）作为水通道，制备高性能的纳米材料复合膜。利用相转化的方法，成功制备了含CNTs的膜，并研究了CNTs管径、含量对膜性能的影响。另外，我们还对PVDF膜进行了亲水改性，通过接枝PHEMA，使膜恢复通量达到81.77%，抑菌率达到90.0%（金黄色葡萄球菌）。