摘要
纳滤膜广泛应用于海水淡化、污水处理及工业物料分离领域，通过调控和优化多孔基膜的结构是目前提升纳滤膜的渗透面积、降低分离能耗的重要方法。聚醚砜及聚砜等多孔基膜材料存在孔隙率低、亲水性不足的问题；纳米纤维膜材料具有高比表面积及易于亲水改性的特点，但现有静电纺纳米纤维膜结构蓬松，表观孔径大，不利于缺陷少、超薄界面聚合层的形成。本文采用熔融共混相分离制备纳米纤维膜材料，具备易批量生产、孔径可控、亲水性优良、易功能化等优点，为批量化制备高性能纳滤膜提供了一种可能。本文的研究内容分为以下三个方面： 将聚乙烯醇-乙烯共聚物(EVOH)与醋酸丁酸纤维素(CAB)均匀混合，采用熔融共混相分离的方法制备EVOH纳米纤维；然后将EVOH纳米纤维分散在水和醇的混合溶剂中，并均匀涂覆于PET无纺布的表面，得到克重为6g/m2的EVOH纳米纤维膜；再以哌嗪(PIP)为水相单体，以1，3，5-苯三甲酰氯(TMC)为油相单体在EVOH表面进行界面聚合，制备出聚酰胺纳滤膜（PA/EVOH）。研究结果表明，聚酰胺选择层的厚度最小为25nm，水滴完全浸润PA/EVOH表面的时间为137s，0.48MPa下对1000ppmNa2SO4溶液的截留率约为95.5%，渗透通量约为122.2L/(m2h)，对NaCl溶液的截留率约为42%，渗透通量约为110.1L/(m2h)。PA/EVOH相比陶氏NF270渗透率提升约94Lm-2h-1MPa-1，这主要归功于纳米纤维膜较小的通孔孔径（lt;200nm）及较大的表面粗糙度。 采用溶液氧化法将聚多巴胺(PDA)颗粒沉积在EVOH纳米纤维膜，对EVOH进行亲水改性(EVOH-PDA)，以PIP为水相单体、TMC为油相单体在EVOH/PDA表面进行界面聚合，制备聚酰胺纳滤膜(PA/EVOH-PDA)。研究结果表明，PA/EVOH-PDA的聚酰胺选择层厚度最小为23nm，水滴完全浸润PA/EVOH-PDA表面的时间为44s，0.48MPa下对1000ppmNa2SO4溶液的截留率约为96.5%，渗透通量约为154.5L/(m2h)，对NaCl溶液的截留率约为13%，渗透通量约为153L/(m2h)。相比PA/EVOH渗透率提升约94Lm-2h-1MPa-1，这主要归因于大量胺基和酚羟基提升了EVOH-PDA的亲水性，PA/EVOH-PDA的聚酰胺选择层表面出现了许多小的泡状结构，因此有效的增加了渗透面积。 采用低温等离子体表面处理法对EVOH纳米纤维膜进行表面改性，经碱处理后，在氧气氛围下将膜表面处理为羧基化表面(EVOH-P)，以PIP为水相单体、TMC为油相单体在EVOH-P表面进行界面聚合反应，制备出聚酰胺纳滤膜(PA/EVOH-P)。研究结果表明，PA/EVOH-P聚酰胺选择层的厚度最薄为12.7nm，水滴完全浸润PA/EVOH-P的时间为39s，0.48MPa下对1000ppmNa2SO4溶液的截留率约为95.5%，渗透通量约为202.3L/(m2h)，对NaCl溶液的截留率约为12.38%，渗透通量约为216.9L/(m2h)。PA/EVOH-P对500ppm-5000ppm浓度范围的Na2SO4溶液截留率均大于95%，同时在0.18MPa-0.78MPa的测试压力范围内，随着测试压强的增大，PA/EVOH-P的通量也随之增大，且在0.78MPa下，对1000ppmNa2SO4溶液截留率依然保持在90%左右。相比PA/EVOH渗透率提升约162.1Lm-2h-1MPa-1，这主要归因于高褶皱聚酰胺选择层与EVOH-P表面的刻蚀结构的协同作用，超薄聚酰胺选择层呈现出层次化的皱褶表面形貌，包括起伏的纳米纤维形成的大脊和分布在纳米纤维表面的小脊，在很大程度上增加了有效渗透面积。
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