基于改性含氰基聚合物的复合纳滤膜的制备研究

聚丙烯腈具有很好的热稳定性和化学稳定性，适合作为制备复合纳滤膜的基膜。并且聚丙烯腈基膜上具有不饱和的－CN 基团，通过对其进行适当的改性，可以将－CN 基团在碱性环境下水解生成－COOH，它能在对对’－二氨基二苯甲烷（DDM）和均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合反应时，与复合层形成具有化学键连接的复合纳滤膜。这个创新工作尚未见报道。 本工作采用 L-S 相转化法，以 PAN 为原料、NMP 为溶剂、H3PO4和 PEG600为添加剂，用不同的制膜配方制备了超滤膜作为基膜。对以一定配比制备基膜，以一定浓度的 NaOH 溶液在不同温度下改性一定时间，再以一定浓度的 HCl 溶液在室温下改性，得到用于制备纳滤膜的改性基膜。最后根据 P.W.Morgan 的界面聚合原理，以经 NaOH 化学改性后的 PAN 超滤膜为基膜，以 DDM 和 TMC 为主要单体，经界面聚合反应，制备了聚对对’－二氨基二苯甲烷酰胺复合纳滤膜。 用接触角测定仪表征了基膜和改性后基膜的表面亲水性，用 FTIR 研究了基膜改性和界面聚合后的成份变化，用 ESEM 研究了基膜、改性后的基膜和界面聚合后的复合膜的表面和断面的变化。并且表征了基膜、改性后的基膜和界面聚合后的复合膜的纯水通量、基膜和改性后的基膜对 BSA 溶液的截留性能和界面聚合后的复合膜对 MgSO4溶液的脱盐率。 本工作采用计算机直接实验设计方法对 PAN基膜的制膜配方和PAN基膜改性配方进行优化设计，并采用 SAS 软件和 VB 软件对实验结果进行回归分析。结果分析可以量化，大大减少实验次数，这是一项有意义的创新工作。 通过分析，得到针对基膜水通量、截留率和平均孔径的三个回归模型，可用这三个模型计算预测得到各项性能的优化配方，选择其中三项性能俱优者。研究了 PAN 浓度、添加剂种类和添加剂浓度、蒸发时间和溶剂选择对 PAN 基膜性能的影响。得到基膜对 BSA 溶液的截留率达 93 %以上，水通量在 100 L/m2·h 以上，平均孔径低于 40nm。 得到针对改性后基膜的水通量、对 BSA 溶液渗透通量、对 BSA 截留率和膜表面的水接触角四个回归模型，可用这四个模型计算预测得到各项性能的优化配方，选择其中四项性能俱优者。讨论了 NaOH 溶液浓度、改性温度和改性时间对改性基膜性能的影响。改性后基膜的水通量达到 70 L/m2·h 以上，对 BSA 溶<WP=3>液的截留率达到 83％以上，水接触角 40 度左右。 讨论了水相单体的选择、水相胺的浓度、酸接受剂的浓度、界面聚合时间、沥干时间和后处理时间对复合膜性能的影响。得到结果如下：选择伯胺 DDM 为水相单体，界面聚合时间 15s，沥干时间 60s，DDM 的浓度 0.1％，酸接受剂的浓度 0.1%~0.2%。复合膜在 0.3－0.8MPa 下，对 1g/L MgSO4 溶液的脱盐率达74.46%，水通量为 1－2 L/m2·h。 从 FTIR 谱图可以证明 PAN 基膜的表面确实有部分－CN 基被改性成－COOH 基团。从 ESEM 电镜图和 FTIR 谱图证实了在改性的 PAN 基膜表面已经界面聚合上了一层致密的复合层。