杂萘联苯聚醚酰胺超滤膜及其复合膜的研究

【摘要】：含二氮杂萘酮结构聚醚酰胺(PPEA)的玻璃化转变温度达329℃，耐高温可溶解、具有良好的化学稳定性、机械强度、较好的亲水性和成膜性，是制备高通量耐高温分离膜的优良膜材料。 以PPEA为膜材料，通过PPEA与溶剂的溶解度参数差和膜分离性能的研究确定DMAc为制膜溶剂，利用PPEA／DMAc／非溶剂的三元相图研究了九种非溶剂对PPEA／DMAc溶液的相容性和沉淀能力，选择乙二醇甲醚、乙二醇、乙醚、一缩二乙二醇和聚乙二醇(PEG)400为制膜添加剂，水为凝胶剂。详细考察了聚合物浓度、添加剂种类和用量、停留蒸发时间、凝胶浴温度等因素对PPEA超滤膜结构和性能的影响。通过铸膜液组成和制膜工艺的调节，制得不同分离性能的超滤膜。在25℃，0.1MPa的压力下，膜的纯水通量介于43L·m~(-2)·h~(-1)～695L·m~(-2)·h~(-1)之间，截留分子量(PEG)介于2000-20000。在小型连续刮膜机上进行了放大实验，制备了以无纺布为支撑的PPEA超滤膜。利用所制备的超滤膜在0.3MPa、80℃下，通过恒容脱盐高效地完成了对四种高分子染料的精制。经过三个循环约150分钟的脱盐实验即可除净染料中的盐，经过6个小时的高温染料脱盐浓缩实验，膜性能无明显变化。 在PPEA超滤膜支撑层上，通过间苯二胺(MPD)／哌嗪(PIP)水溶液与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应制备复合膜。研究了界面聚合中水相单体组成对复合膜功能层大分子的化学结构、聚集态结构、膜表面形貌以及膜分离性能的影响。MPD与TMC反应生成的功能层聚酰胺具有部分结晶性，而水相单体中PIP比例超过50％后，生成的聚酰胺则为完全无定形聚合物。随着水相单体中MPD比例增加，复合膜表面粗糙度提高，膜对NaCl的截留率增加而通量降低。 以PPEA超滤膜为支撑，通过MPD与TMC的界面聚合反应制备了全芳聚酰胺复合反渗透膜。研究了基膜分离性能对复合膜性能的影响，选择对PEG10000的截留率为95％，0.1MPa下纯水通量为436L·m~(-2)·h~(-1)的超滤膜为复合膜基膜。通过界面聚合反应条件的优化，制备了分离性能良好的复合膜。该膜在1.6MPa，25℃下对NaCl的截留率约为99.2％，渗透通量约22.9L·m~(-2)·h~(-1)。在20℃时，操作压力从0.8MPa提高到2.0MPa，膜对NaCl的截留率由98.3％提高到99.2％，膜的渗透通量则由6.3L·m~(-2)·h~(-1)、提高到26.5L·m~(-2)·h~(-1)。在1.6MPa的压力下，操作温度从25℃提高到95℃，膜的渗透通量由22.9L·m~(-2)·h~(-1)提高到76.0L·m~(-2)·h~(-1)，膜对NaCl的截留率无明显变化。复合反渗透膜对NaCl的截留率和通量都随盐溶液的浓度增加而降低。复合反渗透膜对无机离子的截留率则遵循以下规律：Li~+≈Na~+≈K~+＞Ca~(2+)＞Mg~(2+)＞Al~(3+)，SO_4~(2-)＞Cl~-。对低分子有机物的截留率则随