高性能荷电纳滤膜的研制及分子设计

荷正电及两性荷电纳滤膜作为荷负电纳滤膜在性能及应用上的补充，在硬水软化、重金属废水处理等领域有着广泛的应用价值。目前，商品化的纳滤膜大部分是荷负电纳滤膜，有关荷正电和两性荷电纳滤膜的研究却很少。传统的界面聚合法或季铵化反应虽可制得对高价阳离子具有优异截留性能的荷正电纳滤膜，但很难在分子水平上对荷电纳滤膜进行结构设计和控制。为了使纳滤膜的性能更能满足实际使用的需要，本课题采用ATRP聚合、紫外辐照等聚合方法，拟从分子水平上对荷电纳滤膜表面接枝链的结构、性质、接枝链长等进行设计和控制，通过系统研究接枝单体的性质、接枝率及其在微孔表面的电性能和聚集态结构与膜的分离性能的影响，对接枝工艺进行优化，以制得高性能的荷电纳滤膜。同时还将系统研究膜表面荷电结构、荷电性能及接枝链长与膜分离性能间的关系，并考察溶液、溶质物化条件对膜分离行为的影响，以为膜的分子设计提供理论依据及实际应用提供指导。

根据研究计划本课题主要进行了紫外辐照制备荷正电、荷负电及两性荷电纳滤膜的研究，集中研究了接枝方法、接枝单体性质、接枝条件、操作条件等对膜纳滤性能的影响，以确定膜表面荷电层结构、荷电性质等与膜性能之间的关系，希望通过上述研究能为荷电纳滤膜的结构设计提供理论依据。紫外辐照分步接枝法制备荷负电纳滤膜的研究表明，相对于文献中的无规共聚接枝法，该方法不仅可从分子水平上对纳滤膜表面接枝链的结构、性质、膜表面荷电性质等进行结构设计和控制，还使得接枝单体的选择范围扩大到荷正电单体，随接枝单体荷电性质的变化，其分离行为除了表现出荷负电纳滤膜的性质外，还对含高价同离子、低价反离子的盐溶液(MgCl2)有较好的截留作用。紫外辐照分步接枝法制备两性荷电纳滤膜在结构上与双极膜类似，即荷正电层和荷负电层组成的层状结构，这样的结构避免了正负电荷间的电荷抵消，当盐溶液通过时，使得阳离子在正电层被截留，阴离子在负电层被截留，因此可有效提高膜对MgSO4的截留性能。此外，相对于分步投料法，分步接枝法在接枝第二单体时已将未反应的第一单体置换出，可不受接枝单体活性的限制使得可选用的单体范围更加广泛，从而更利于对两性膜的结构和性能进行设计和控制。需要指出的是，由于时间和个人身体的原因，本研究还有很多工作将在后面继续开展，如膜孔径、膜表面电荷强度与膜分离性能之间的定量关系，溶液中反离子对膜性能的影响，两性离子对膜抗污染性的影响等等。