超支化聚酯复合纳滤膜的结构控制与性能研究

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1、超支化聚酯复合纳滤膜的结构控制与性能研究*魏秀珍，朱宝库，徐又一浙江大学高分子科学研究所，浙江杭州，310027摘要：以聚砜超滤膜为基膜，以末端为羟基的超支化聚酯和均苯三甲酰氯为反应物，通过界面聚合的方法制备了超支化聚合物复合纳滤膜。通过FTIR、XPS、SEM表征了所得纳滤膜的形貌。FTIR、XPS结果表明，聚砜超滤膜表面复合了一层交联超支化聚合物。SEM结果表明，聚砜超滤膜复合超支化聚酯以后，表面变的粗糙，且选择层变得致密。所得纳滤膜在2较低的操作压力下（0.3Mpa）具有较高的通量（79.1l/mh），且对

2、Na2SO4具有较高的脱除率（85.4％）。关键词：超支化聚合物、纳滤膜、脱盐率、通量1引言纳滤膜是近几年国内外竞相开发的新型分离膜，其分离特性介于反渗透和超滤之间，因[1,2]此又称为：低压反渗透膜或疏松型反渗透膜。目前商品化纳滤膜的材质主要是聚酰胺（PA）、聚乙烯醇(PVA)等，多数带有负电荷，操作压力以0.6-1MPa居多。结合我国纳滤膜的现状，当前需要解决的问题主要有两点：一是通过选择层结构的控制进一步降低操作压力；二是减少纳滤膜的膜污染现象。这就要从调整纳滤膜的结构着手，合理调节选择层的疏松程度。最近，

3、清华大学李连超等人通过树枝状聚（酰胺－胺）（PAMAM）与均苯三甲酰氯的界面[3]聚合反应制备了纳滤膜，此膜在0.6MPa下，通量较高。但是PAMAM分子合成复杂，分离纯化困难，难以实现规模化生产。而超支化聚合物合成过程简单,况且，超支化聚合物具有比较大的自由体积且分子内部存在很多纳米孔洞，分子结构相对疏松，若将交联超支化聚合物用作纳滤膜的选择层，将进一步降低其操作压力。基于上述认识，我们将末端为羟基的超支化聚酯与均苯三甲酰氯通过界面聚合法制备了超支化聚合物纳滤膜，并对所得纳滤膜的形貌和性能进行了表征。2试验部分

4、2.1原材料所有的试剂均为分析纯。均苯三甲酰氯（TMC）购自Aldrich公司；NaCl、Na2SO4购自上海国药集团；聚砜（PSf）超滤膜购自国家海洋局杭州水处理中心，截留分子量为3[4]万；末端为羟基的超支化聚酯（HPE）购自Perstorp公司，重均分子量5100。2.2超支化聚合物纳滤膜的制备*通讯作者：徐又一，opl-yyxu@zju.edu.cn，魏秀珍，博士，flyweixz@zju.edu.cnHPE溶解在体积比为2：3的水与乙醇的混合溶液中，此溶液作为水相。将PSf超滤膜在水相溶液中浸泡40mi

5、n后取出、阴干；然后将该膜浸泡在TMC的正己烷溶液中一定时间，取出阴干；然后将该膜在80°C的烘箱中保持20min得到超支化聚合物纳滤膜。所得纳滤膜的编号为NFx(x=0,1,2,3)。2.3超支化聚合物纳滤膜的表征采用傅立叶红外光谱（FTIR）、X－射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）表征纳滤膜的形貌；采用渗透池和电导率仪表征纳滤膜的渗透性和脱盐率。渗透通量、脱盐率的计算公式分别为：F=V/(A.t)；R=(1-Cp/Cf)×100%；F：通量；V：渗透体积；A：膜的面积；t：测定时间；R：脱盐率；Cp

6、和Cf分别为原液和渗透液中盐的浓度。3．结果与讨论PSf基膜以及所得纳滤膜的FTIR光谱如Figure1所示。从Figure1可以看出将PSf超滤膜浸泡在水相中以后，HPE成功复合在基膜表面（NF0、NF1）。相对于PSf膜，NF1出现-1一个明显的酯基吸收峰（1727cm）；因为相对于超支化聚酯来说，TMC都是少量的，所以-1NF膜仍出现羟基的吸收峰（3369cm）。PSf膜复合超支化聚合物后化学成分的变化用XPS加以表征，结果如Figure2所示，各元素含量如Table1所示。从Figure2可以看出，PSf

7、膜表面复合交联超支化聚合物以后，硫结合峰明显减弱。从Table1的计算结果也可以看出，硫的含量从2.46%降低到0.47%，而氧的含量从15.71to29.93%，这主要是因为交联超支化聚酯几乎覆盖了PSf超滤膜的表面，从而使硫含量明显降低，而氧含量明显升高。PSf超滤膜以及NF膜的形貌如Figure3所示。从Figure3可以看出，PSf膜表面平整、光滑；断面存在大量的指状孔；而从a3可以看出，PSf表面相对疏松，存在大量相互贯穿的孔。而在PSf表面复合交联HPE以后，NF膜表面变得不是很平整，粗糙度增加，从b

8、3可以看出，NF膜选择层比较致密，没有明显的孔存在。Table1ElementscontentofmembranesurfacefromXPSanalysis-2-2MembraneC(%)O(%)S(%)S/C(×10)S/O(×10)PSf-UF80.2715.712.463.115.7NF167.2829.930.761.132.54NF365.829.120.47