摘要
耐溶剂纳滤（OSN）膜技术是一种综合性能优异的膜分离技术，可以实现高效、节能的液体分离，在药物活性成分分离、催化剂回收、润滑油脱蜡、溶剂回收等涉及有机溶剂体系分离的生产领域具有巨大的应用潜力。目前，应用在有机溶剂体系中的纳滤膜普遍存在耐溶剂性能差、溶剂通量低等问题。研发新的OSN膜，提高其耐溶剂性和分离性能，对上述工业领域的应用具有重要的意义。 本研究首先以间苯二胺（MPD）、多巴胺（DA）和均苯四甲酰氯（BTAC）分别作为水相单体、水相添加剂和有机相单体，通过界面聚合、化学亚胺化以及后续的化学交联和溶剂活化过程制备全交联聚酰亚胺复合耐溶剂纳滤膜。MPD与聚酰亚胺基膜可以形成共价交互作用，化学亚胺化可以将分离层中的聚酰胺酸结构转化为与基膜相似的聚酰亚胺结构，并通过后续的交联步骤在分离层与基膜之间形成共价键。多巴胺的引入优化了分离层的表面形貌和微观结构，并增强了分离层和基膜之间的兼容性，有效提升膜的分离性能和耐溶剂性能。乙醇渗透率达到20Lm?2h?1MPa?1，罗丹明B（479Da）的截留率达98%；在80℃的DMF和NMP溶剂中浸泡长达14天后，对RDB的截留率依旧分别稳定保持在98.0%和95.4%以上，具备优异的耐溶剂性能。 然后，将共价有机骨架（COFs）纳米材料作为水性添加剂用于制备TFN耐溶剂纳滤膜。以三聚氰胺和对苯二甲醛为原料，通过溶剂热法成功制备了平均粒径为20nm、孔径为5?、表面含有丰富仲胺基团，且在水溶液中具有良好分散性的COFs（SNW-1）纳米颗粒。以浸没沉淀相转化法制备的聚酰亚胺超滤基膜为支撑层，以MPD为水相单体，SNW-1为水相添加剂，均苯三甲酰氯（TMC）为有机相单体，通过界面聚合方法以及后续的己二胺化学交联和二甲基甲酰胺（DMF）溶剂活化过程，制备了掺杂COFs的TFN耐溶剂纳滤膜。充分利用COFs表面带有的大量氨基，使其参与界面聚合反应过程，通过共价键的形式与聚酰胺分离层结合，增强纳米材料在分离膜中的稳定性；并利用COFs固有的多孔结构以及适当的颗粒尺寸，进一步优化分离层的表面形貌和微观结构，有效调控界面聚合过程和分离层的形成。相较于未掺杂SNW-1的耐溶剂纳滤膜，掺杂SNW-1amp;nbsp;纳米颗粒后的TFN膜的分离层更薄（~80nm）且更亲水（69.3o）。 探究了水相单体MPD浓度、有机相单体TMC浓度、SNW-1纳米颗粒的添加量和DMF溶剂活化时间等制膜工艺条件对TFN耐溶剂纳滤膜分离性能的影响。通过优化选取最佳的MPD浓度为4.0wt%，TMC浓度为0.20wt%，SNW-1纳米颗粒掺杂量为100.0mgL?1，DMF溶剂活化时间为30min。在1.0MPa和25℃下，以100.0mgL?1的罗丹明B（RDB，479Da）/乙醇溶液为原料液进行分离性能测试，在上述优化条件下制备的TFNOSN膜的乙醇渗透率比未掺杂COFs的聚酰胺耐溶剂纳滤复合膜提高了46.7%，比所制备的全交联聚酰亚胺的耐溶剂纳滤复合膜提高了3倍，高达79.8Lm?2h?1MPa?1，RDB截留率为99.4%。 考察了掺杂COFs的OSN膜的长期耐溶剂性能。该膜在室温下浸泡在DMF溶剂中长达100天后，对RDB的截留率依然稳定保持在99.0%以上，同时，乙醇渗透率由79.8Lm?2h?1MPa?1提升至83.5Lm?2h?1MPa?1；将其在强极性溶剂DMF中持续过滤7天，玫瑰红（RB，1017Da）的截留率一直稳定在99.5±0.3%。长期测试表明，掺杂COFs的OSN膜具有优异的耐溶剂性能，在有机溶剂体系的分离中具有广阔的应用前景。
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