随着工业废水和生活污水的排放,洁净水源的短缺已经变成了一个日益严重的问题。和传统的分离纯化技术相比,膜分离技术在污水处理和海水淡化方面具有高效、环境友好的优点。然而,膜分离技术也面临着巨大的挑战,那就是较低的渗透性、严重的膜污染和较高的改性成本。这些缺点主要与膜材料的化学性质和膜结构有关。本文以具有优良机械性能和热性能的聚芳醚砜材料为膜基体,以功能化多壁碳纳米管、磺化聚醚醚酮、聚合物纳米粒子为亲水性添加剂制备了一系列复合超滤膜,有效地改善了超滤膜的化学性质和结构形貌,从而实现了膜渗透性和抗污染性的大幅度提高。多壁碳纳米管由于具有中空管状结构,这种结构是良好的水传输通道,所以经常被选做添加剂来改善膜的渗透性。但是其严重的团聚行为使其难以在溶剂里和膜基体里分散均匀。我们首先通过化学接枝的手段对碳纳米管进行两性离子功能化,并且将两性离子碳纳米管作为亲水添加剂引入膜基体里,有效地提高了膜的体积孔隙率和亲水性,从而提高了膜的渗透性和抗污染性。其中混入了 0.2 wt%两性离子碳纳米管的复合超滤膜展示了最优异的性能,包括306 1/(m2h)的纯水通量,85%的通量恢复率以及94.5%的牛血清蛋白截留率。考虑到对碳纳米管的两性离子化改性步骤繁琐,所以需要寻求更简便有效的改性方法。我们选用环境友好的聚多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮对碳纳米管进行包覆,制备了亲水性、分散性良好的聚合物包覆碳纳米管。聚合物包覆碳纳米管的引入显著改善了复合膜的过滤性能,特别是混入了 0.1 wt%聚乙烯吡咯烷酮修饰碳纳米管的复合膜展现了最好的超滤性能,包括290 L/(m2h)的纯水通量、96.4%的牛血清蛋白截留率和95%的通量恢复率。为了平衡超滤膜改性中亲水性与机械稳定性的平衡问题,我们对商用的聚醚醚酮进行磺化,并且合成了含有交联官能团(叔胺)的聚砜。将磺化聚醚醚酮与可交联聚砜溶液共混,在铸膜液中加入适量的交联剂,制备出了一系列复合超滤膜。一方面磺酸根可以提供膜的高亲水性,另一方面交联基团可以维持膜良好的机械强度和尺寸稳定性,这样就制备出了既亲水性良好,同时机械性能又稳定的复合超滤膜。为了进一步降低膜材料合成难度,减少生产成本,同时优化性能,我们发展了更为简便的制备复合膜的方法-原位自组装纳米粒子增强复合膜。利用两种带有相反电荷的聚电解质,在铸膜液中自组装成聚合物纳米粒子。这种聚合物纳米粒子在膜中展现了优异的分散性,并且能够适应较宽泛的pH范围(pH=1-11)和较高的温度下(80℃)。纳米粒子的引入大大改善了膜的综合性能,最优异的复合膜纯水通量达到了 460 L/(m2h),更重要的是同时维持了一个较高的牛血清蛋白截留率(97.6%)。这种聚合物纳米粒子增强复合膜相比前无论在制备方法上还是复合膜的性能上都得到了进一步优化,有望大规模应用于水处理上。