摘要
人口增长和气候变化极大地加剧了全球水资源短缺问题，同时水污染情况也不断加剧，这些逐渐成为威胁人类生存的问题。近年来，膜分离技术具有分离效率高、能耗低和占地面积小等优点，广泛应用于水处理领域，而高通量分离膜的开发是该技术应用发展的关键之一。聚砜（Polysulfone,PSF）材料具有易改性、机械强度高和稳定性好等优点，是有机膜制备最常用的聚合物之一。然而PSF膜自身疏水性强，导致其水通量较低，易出现膜污染，降低使用寿命，限制了其在水处理领域的应用。氧化石墨烯（Grapheneoxide,GO）具有较大的比表面积，并且表面具有丰富的亲水官能团，如羧基、环氧基和羟基等，因此，利用GO表面引入其他官能团或利用GO与疏水有机物质组建改性分离膜可以有效的提高膜的亲水性，提升水通量，进而有望实现其在水处理中的广泛应用。 本研究首先采用非溶剂诱导相分离（Non-solventinducedphaseseparation,NIPS）法，合成了PSF超滤膜，并系统研究了聚合物PSF和添加剂聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone,PVP）的含量对膜纯水通量的影响，结果表明，当PSF含量为18wt%，PVP含量为3wt%时，膜的纯水通量可以达到185.8L·m?2·h?1。随后，采用改进的Hummers法制备GO纳米片，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等测试，证实成功合成GO材料。 分别采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropyltriethoxysilane,APTS）、甲基丙烯酸磺基甜菜碱（Sulfobetainemethacrylate,SBMA）和聚多巴胺（Polydopamine,PDA）改性GO，合成APTS-GO、PDA-GO和SBMA-PDA-GO纳米片，通过FTIR和XPS对合成的改性GO纳米片进行表征。制备具有不同含量纳米片的PSF膜，通过测试这些膜的亲水性、渗透性、选择性、防污性能以及机械性能，研究不同含量GO和改性GO纳米片对PSF膜性能的影响。 结果表明，加入含量为0.5wt%的APTS-GO纳米片，其纯水通量为293.3L·m?2·h?1，对BSA和HA的截留率分别为74.6%和84.7%，通量恢复率分别为57.9%和64.6%，拉伸强度为6.98MPa。加入含量为0.5wt%的SBMA-PDA-GO纳米片，其纯水通量为358.6L·m?2·h?1，对BSA和HA的截留率分别为90.1%和93.3%，通量恢复率分别为67.0%和75.3%，拉伸强度为7.7MPa。与原始PSF膜相比，改性后的PSF膜在渗透性、选择性和防污性能方面均有提高，具有克服渗透性-选择性权衡的潜力，有助于提高其水处理能力。
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