摘要
有机溶剂纳滤（OSN）膜分离技术因其能耗低、分离效率高、分离过程无相变，在石油化工、食品和制药等领域展现出巨大的应用潜力。耐溶剂的薄层复合（TFC）纳滤膜具有优异选择渗透性以及可规模化放大生产等优点，是目前最具应用潜力的有机溶剂纳滤膜。膜的结构决定膜性能，单体分子结构是影响TFC膜微孔结构与分离性能的重要因素。本文通过设计单体分子调控聚合物微孔结构制得具有扭转结构和固有3D微孔结构的TFCOSN膜。本论文的主要研究内容及结果如下： （1）联萘酚基微孔聚芳酯薄层复合膜的制备及其有机溶剂纳滤性能研究 我们合成了一种刚性且具有“转动”扭转结构的联萘酚分子，7,7''-二羟基-2,2''-联萘酚（7,7''-OH-BINOL），并将其用作水相单体与均苯三甲酰氯（TMC）在交联的聚酰亚胺（XP84）膜表面上界面聚合制备耐溶剂联萘酚基聚芳酯（PAR-BINOL）膜。研究结果表明：PAR-BINOL膜具有高的溶剂通量和较小的截留分子量（MWCOlt;420gmol-1），其中膜对丙酮渗透通量高达28.7Lm-2h-1bar-1，对四环素（TC）的截留率高达98.2%。模拟和实验结果均证实，PAR-BINOL膜具有刚柔并济的微孔结构，且PAR-BINOL膜展现出高的微孔性（分数自由体积FFV为21%）和较大的比表面积（229.4m2g-1）；PAR-BINOL膜对各种极性不同的溶剂均表现出高的溶剂渗透性，并且在多种有机溶剂中具有长期稳定的分离性能。 （2）柱芳烃基微孔聚芳酯薄层复合膜的制备及其有机溶剂纳滤性能研究 我们合成了具有纳米级3D空腔柱状结构的全羟基柱芳烃（P[n]A，n=5，6），并将其作为水相单体与TMC单体在XP84膜表面界面聚合反应，进而制备耐溶剂的柱芳烃基聚芳酯薄层复合（TFC-P[n]A）膜。研究结果表明：通过改变P[n]A内腔的孔径，实现了对TFC-P[n]A膜性能的调控，其中TFC-P[6]A膜的甲醇渗透通量为8.1Lm-2h-1bar-1，MWCO为300gmol-1。另外，TFC-P[n]A膜中具有疏水性3D内腔为溶剂的渗透提供通道，TFC-P[n]A膜对各种极性不同的溶剂均表现出高的溶剂渗透性。其中TFC-P[6]A膜展现出高的正己烷渗透通量，比传统TFC聚酰胺膜高两个数量级，达到了1.7Lm-2h-1bar-1。 本论文从界面聚合的单体结构与膜微孔结构及分离性能之间的构效关系研究入手，通过设计界面聚合单体分子的结构，实现对聚合物膜微孔结构的精细调控，进而提升TFCOSN膜的选择分离性能。为开发下一代高性能有机溶剂纳滤膜提供了新材料与材料设计新思路。
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