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哌嗪嵌入改性聚酰胺复合纳滤膜的研制

李韡;史昶;周阿洋;何晓;张金利;付雁

【摘要】选择聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜作为支撑层,选择乙二胺(EDA)为交联剂和均

苯三甲酰氯(TMC)反应制备出聚酰胺复合纳滤膜;选择哌嗪(PIP)等二元胺对该聚酰

胺复合纳滤膜进行表面改性,比较了不同结构二元胺分子对膜纯水通量的影响,考察

了PIP和TMC浓度对膜性能的影响.通过XPS对膜表面化学结构进行表征,证明

PIP与TMC反应生成了聚酰胺.通过扫描电镜和原子力显微镜考察了膜的形貌结构,

结果表明PIP对聚酰胺复合膜的改性并未影响支撑层的结构,同时降低了膜表面粗

糙度.改性后的复合纳滤膜对10g/L的葡萄糖(相对分子质量180)水溶液的通量和

截留率分别为38.3L/(m2·h)和96.0％.对不同无机盐的截留顺序为:MgSO4

(97.4％)＞Na2SO4(97.3％)＞MgCl2(73.9％)＞NaCl(52.4％),显示荷负电纳滤

膜的特性.对海藻酸钠(SA)与牛血清蛋白(BSA)的通量回复率均在85％以上,显示了

其良好的耐污染能力.

【期刊名称】《天津大学学报》

【年(卷),期】2018(051)006

【总页数】7页(P598-604)

【关键词】聚酰胺纳滤膜;哌嗪;聚醚酰亚胺;表面改性

【作者】李韡;史昶;周阿洋;何晓;张金利;付雁

【作者单位】天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072;天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072;天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072;天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072;天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072;天津大学化工学院,天津300350;天津化学化工协同创新中心,天津

300072

【正文语种】中文

【中图分类】TQ028

近年来研究比较广泛的采用界面聚合法制备的聚酰胺复合纳滤膜，与常规非对称

膜相比在机械稳定性、分离性能和渗透通量方面有着显著优势；但在应用过程中仍

然存在膜易污染、对低相对分子质量有机物截留率低等问题[1]，所以对复合膜分

离层进行处理以减轻膜污染影响、提高膜通量与截留率，对于增加膜使用寿命和应

用效果具有非常重要的意义.

目前，通过改变制膜工艺[2-5]和膜表面改性技术[6-10]等方式进行纳滤膜研究是

比较热门的领域.常见的表面改性技术有表面化学改性、表面接枝聚合、表面涂覆

等方法.Yan等[6]在聚哌嗪酰胺膜表面引入三乙醇胺(TOEA)，提高了膜表面的亲水

性，减小了膜表面的荷电量，使膜通量由改性前的142,L/(m2·h·MPa)提升到改性

后的170,L/(m2·,h·MPa)，同时对Na2SO4的截留率仍维持在98%,以上.Wang

等[7]选择了两种商业纳滤膜NF90和NF270，通过氧化还原引发接枝聚合的方法

将两性离子聚合物聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(PCBMA)接枝到纳滤膜表面，将其

表面修饰成电中性，膜的抗污染性能明显提高，并表现出优秀的抗菌性能.Cheng

等[10]采用浸渍涂覆的方法，在亲水性聚乙二醇(PEG)基纳滤膜表面涂覆一层多巴

胺，通过多巴胺的自聚合使得膜孔径从0.42,nm下降到0.33,nm，使膜表面带有

更多电荷，在0.8,MPa下对质量分数为0.005%的妥布霉素(相对分子质量467.5)

水溶液的截留率达到99%，渗透通量为46,L/(m2·h).

课题组前期工作[11]选择具有立体环状结构的葡萄糖单体嵌入基膜与界面聚合的聚

酰胺顶层之间以提高复合膜的空隙且缩短穿膜扩散通路，从而使得膜渗透通量从

10.0,L/(m2·h)提高到42.5,L/(m2·h)，同时对小分子溶质(相对分子质量180)保持

较高的截留率(93.8%,).基于上述工作的启发，本文采用不同的环状二元胺(间苯二

胺、对苯二胺、哌嗪等)作为复合纳滤膜的嵌入结构，研制了具有不同环状二元胺

单体嵌入顶层与基膜之间的聚酰胺复合纳滤膜，测定了相应的纳滤分离性能，并对

分离性能最好的复合纳滤膜进行了详细的结构表征.

1实验部分

1.1实验原料

实验所用的聚丙烯(PP)无纺布平均孔径为0.1,µm，厚度约为200,µm，天津泰达

洁