高效能沸石-聚酰胺纳米复合反渗透膜的设计与制备研究

反渗透膜技术是解决水资源严重短缺问题的有效途径。然而反渗透膜的渗透通量和截留率偏低，耐污染和抗氧化性能较差的难点和问题，成为制约其推广应用的瓶颈。本课题采取有机助剂调控界面聚合反应的方法，研究聚酰胺超薄分离层结构特征，探讨有机助剂调控超薄分离层结构的机制，优化其性能。在此基础上，耦合功能化、自组装和界面聚合技术，将纳米沸石引入聚酰胺超薄分离层，并观测沸石-聚酰胺分离层结构，分析其特性，探讨沸石-聚酰胺纳米复合反渗透膜的形成机制。研究纳米复合反渗透膜的渗透性能，分析膜层结构与性能之间的关系，并结合计算模拟，探讨纳米复合反渗透膜内的传递机理。实现高渗透通量和耐污染性能好，并兼顾高截留率和抗氧化性能的高效能沸石-聚酰胺纳米复合反渗透膜的可控制备，解决膜制备中的关键问题。该研究不仅在环境和水资源方面有重大的应用价值，还可促进有机、无机、计算模拟等学科的综合交叉和有机融合，有着重要的学术意义。

水资源严重短缺是当前人类面临的重大挑战，大规模地开辟新的淡水资源亦成为我国亟待解决的问题之一。膜分离技术是解决水资源严重短缺问题的有效途径。然而反渗透膜材料存在渗透通量和截留率偏低，耐污染和抗氧化性能较差的难点和问题，已成为制约其推广应用的瓶颈。有机-无机纳米复合材料是近年来非常热门的国际前沿研究领域之一，其在分离、吸附、催化等方面有广泛应用前景。相对于传统的有机膜材料，有机-无机复合分离膜材料通过在有机超薄分离层中引入一些纳米颗粒，使得分离层中出现很多纳米尺寸的微观结构，这会对膜性能产生重要的影响，进而使所制得的膜具有比传统有机膜更优的膜性能。因此，本项目主要研究内容包括：⑴ 聚酰胺超薄分离层的制备与结构调控；⑵ 纳米多孔材料的设计合成；⑶ 有机-无机纳米复合分离膜的制备与表征；⑷ 纳米复合分离膜内传递机理的探讨。项目研究取得的研究成果包括： ⑴ 建立基于有机助剂调控界面聚合反应合成聚酰胺超薄分离层结构的理论与方法，为优化聚酰胺超薄分离层性能奠定基础；⑵ 设计合成了一些高孔结构的多孔材料；⑶ 完善了有机-无机纳米复合分离膜的设计和合成思路，制备出高性能的有机-无机复合分离膜。本项目相关研究成果已在国外SCI期刊上发表学术论文9篇，其中在影响因子大于5.0的国际刊物上发表研究论文4篇，获得5项中国发明专利授权，培养硕士研究生2名，博士研究生1名，博士后1名。本课题研究不仅对发展新型的高效能复合分离膜材料及其制备理论，解决高效能反渗透膜制备中的关键问题具有重要的学术意义，而且对降低膜分离技术的运行能耗和成本，促进其推广应用，为解决我国水资源短缺问题奠定基础，有着重大的应用价值。