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接枝超支化胺吸附滤膜：制备工艺与污水净化效能的深度探究

一、引言

1.1研究背景

水是生命之源，是人类生存和发展不可或缺的物质基础。然而，随着全球工业化、城市化进程的加速，大量含有重金属离子、有机染料、农药、化学药剂等污染物的废水被排放到自然水体中，造成了严重的水污染问题。据统计，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。水污染不仅对生态环境造成了巨大破坏，威胁到水生生物的生存和繁衍，导致生物多样性减少；还对人类健康构成了严重威胁，饮用被污染的水可引发各种疾病，如腹泻、肝炎、伤寒和霍乱等。此外，水污染还会对工农业生产产生负面影响，降低农作物产量和质量，腐蚀工业设备，增加生产成本。

为了解决水污染问题，众多污水处理技术应运而生，如沉淀、吸附、氧化还原、生物法等。其中，吸附技术由于具有操作简单、效率高、成本低等优点，受到了广泛关注。吸附材料的性能直接影响着吸附效果，因此开发高效的吸附材料成为了研究热点。超支化胺聚合物作为一种新型的吸附材料，具有独特的分子结构和优异的性能，其分子呈不规则球形，内部含有空腔，末端含有大量的活性基团氨基（-NH2）。在中性溶液条件下，这些氨基一部分以氨基形式存在（-NH2），也有部分可以水解形成质子化氨基（-NH3+）。-NH2可以提供孤对电子，能和很多重金属离子形成配合物；质子化氨基（-NH3+）带正电，可以和一些带负电的染料分子等进行结合。将超支化胺聚合物接枝到滤膜上制备接枝超支化胺吸附滤膜，有望综合滤膜的过滤作用和超支化胺的吸附性能，实现对水中污染物的高效去除，因此对其进行研究具有重要的现实意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在制备接枝超支化胺吸附滤膜，并深入探究其对水中常见污染物的去除性能。通过实验研究，明确滤膜制备的最佳条件，包括超支化胺的接枝方法、接枝率等，以及滤膜对不同污染物的吸附容量、吸附速率、选择性等性能参数。

本研究对于水污染治理具有重要的实际应用价值。接枝超支化胺吸附滤膜若能展现出良好的污染物去除性能，将为污水处理提供一种新的高效材料和方法，有助于提高污水处理效率，降低处理成本，改善水环境质量，保障水资源的可持续利用。从材料科学角度来看，本研究丰富了功能化滤膜的制备方法和理论，拓展了超支化胺聚合物的应用领域，为新型吸附材料的开发和设计提供了新思路和实验依据，推动了材料科学在水污染治理领域的发展。

1.3研究方法与创新点

本研究采用实验研究方法，通过化学接枝反应将超支化胺聚合物接枝到滤膜表面，制备接枝超支化胺吸附滤膜。在制备过程中，精确控制反应条件，如反应温度、时间、反应物浓度等，以确保接枝反应的顺利进行和接枝率的稳定。利用多种材料表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）等，对制备的滤膜进行结构和性能表征。SEM用于观察滤膜表面的微观形貌，了解超支化胺的接枝情况对滤膜表面形态的影响；FT-IR和XPS用于分析滤膜表面的化学组成和化学键，确定超支化胺是否成功接枝到滤膜上以及接枝后的化学结构变化。通过对比实验，研究接枝超支化胺吸附滤膜与普通滤膜对水中污染物的去除效果差异。分别将两种滤膜应用于含有重金属离子、有机染料等污染物的模拟废水处理，对比分析处理后废水中污染物的浓度变化，评估接枝超支化胺吸附滤膜的优势。

本研究的创新点在于将超支化胺聚合物这种具有独特结构和优异吸附性能的材料引入滤膜制备领域，通过接枝改性赋予滤膜新的吸附功能，拓展了滤膜的应用范围。在性能研究方面，不仅关注滤膜对单一污染物的去除性能，还研究其在多种污染物共存体系中的吸附选择性和竞争吸附行为，更贴合实际污水成分复杂的情况，为实际应用提供更全面的理论支持。

二、接枝超支化胺吸附滤膜的制备

2.1制备原理

2.1.1超支化胺的特性

超支化胺是一类具有高度支化结构的聚合物，其独特的分子结构赋予了它许多优异的性能，使其在吸附领域展现出巨大的潜力。从分子结构来看，超支化胺呈现出三维的、高度支化的球状结构，这种结构使得分子内部存在大量的空腔和通道。这些内部空腔能够为污染物分子提供容纳空间，通过分子间的范德华力、氢键等相互作用，将污染物分子包封在其中，从而实现对污染物的吸附。

超支化胺的末端含有大量的活性基团氨基（-NH2），这是其具有优异吸附性能的关键因素之一。在中性溶液条件下，氨基表现出独特的化学活性，一部分以氨基形式存在（-NH2），另一部分可以水解形成质子化氨基（-NH3+）。-NH2中的氮原子具有孤对电子，能够与许多重金属离子如Cu2+、Cd2+、Pb2+等形成稳定的配位键，从而实现对重金属离子的高效吸附。例如，对于Cu2+，超支化胺的氨