摘要
纳滤膜具有选择性好、操作压力低、高效率、能耗低、分离精度高、受环境影响小等特点，已被广泛运用于水的软化、染料废水处理、药物和个人护理品（PPCPs）废水处理等领域。在水污染严重的今天，纳滤膜发挥的作用越来越大，已经成为解决水资源短缺和环境污染等全球问题的主要技术之一。但是，大多数的纳滤膜是由有机聚合物制成，纳滤膜在通量和截留之间存在权衡关系。学者们为了打破这种权衡关系做了大量的实验研究，其中将纳米颗粒引入聚酰胺薄膜复合膜（TFC）中是一种有效的控制策略。金属有机骨架(MOFs)具有多种结晶结构而且孔径可控，在膜分离领域引起了广泛的研究兴趣。MOFs/杂化复合纳滤膜（TFN）的发展受到MOF颗粒团聚和合成条件等问题的制约。沸石咪唑盐骨架-8（ZIF-8）是制备TFN膜的理想材料，然而如何将ZIF-8有效的引入TFN膜、制备分散性良好的ZIF-8仍然是一个挑战。 在本研究中，采用两步加聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、原位生长ZIF-8和界面聚合反应相结合的方法制备TFN膜，首先用PSS对聚丙烯腈（PAN）基膜进行改性，然后六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）、二甲基咪唑（Hmim）与PSS的混合溶液依次倒入到改性好的基膜上，最后再进行界面聚合。对制备出的纳滤膜进行表征，通过SEM、AFM、接触角和Zeta电位等研究PSS+ZIF-8对聚酰胺层（PA）的影响，探讨PSS改性的机理。在水溶液中合成ZIF-8纳米颗粒的机理就是过量的Hmim脱质子形成配体，并与Zn2+形成Zn-N配位键进一步合成ZIF-8。通过原位生长法可以制备出分散性良好的ZIF-8纳米颗粒，ZIF-8纳米颗粒的加入限制了哌嗪（PIP）水相的扩散，使得PA层更加光滑、更加薄、更加亲水、带更多的负电荷。第一步添加PSS主要是利用-SO3H与Zn2+的螯合作用将Zn2+锚定在基膜表面，以促进ZIF-8在PAN基膜上沉积并且有效提高ZIF-8膜的稳定性。第二步添加PSS主要是延缓ZIF-8的成核速率和提高亲水性，PSS可以释放H+在原位生长过程中与脱质子的Hmim反应使溶液中ZIF-8的成核速率降低，促进了ZIF-8的非均相成核，提高了ZIF-8纳米颗粒在PAN基膜上的覆盖度和分散性。TFN膜测试Na2SO4的通量能到达16.38L·m-2·h-1·bar-1，约为未改性TFC膜的1.7倍，在通量提高的基础上截留保持稳定。本文采用的原位生长法为今后用其他纳米材料制备TFN膜奠定了良好的基础。
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