硼作为一种重要的化学元素,广泛应用于现代工业领域中。适量的硼元素能够促进动植物体的生长发育,而硼含量过高,会导致动植物体出现中毒现象。世界卫生组织(WHO)规定,饮用水中硼浓度不超过2.4 mg/L,灌溉水中硼浓度不超过1 mg/L。而海水中硼的平均浓度为5mg/L,远超WHO所规定,因此海水除硼在海水淡化过程中非常重要。目前,海水除硼技术发展迅速,但很多方法除硼效果并不理想。本课题组的工作表明,螯合膜分离法是一种非常高效的去除水溶液中硼酸的方法。这种方法利用膜表面上邻位羟基聚合物与硼酸发生络合反应,达到过滤过程中除硼的目的,操作简单,便于推广。本文通过表面接枝和共混等方法制备出三种螯合膜材料,用全反射红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、水接触角(WCA)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)以及BET(Brunauer-Emmett-Teller)等方法对螯合膜的结构与性能进行表征,考察了螯合膜在不同硼酸溶液初始浓度、pH值和离子强度等条件下对硼酸的吸附性能,并研究了螯合膜的吸附热力学和吸附动力学以及循环再生性能。首先,通过将聚丙烯腈(PAN)膜上的氰基水解和酰胺化作用,在PAN膜表面接枝了具有超支化聚乙烯亚胺(HPEI),再通过氨基与环氧丙烷的开环反应,制备出一系列具有表面接枝超支化多元醇的PAN改性膜材料PAN-g-PG。PAN-g-PG膜具有很高的吸附容量和很快的吸附速率。研究发现,PAN膜表面接枝PG后展现出超亲水性能,且表面粗糙度增加。吸附热力学和吸附动力学分析表明,螯合膜的硼吸附符合Langmuir等温吸附模型和伪一级动力学模型。当硼酸初始浓度为100mg/L时,螯合膜的最大吸附量为3.2mmol/g,达到吸附平衡的时间仅为4 min。通过在盐酸中处理15min,PAN-g-PG膜吸附再生率为100%。螯合膜经过循环10次后,再生率仍接近100%,表现出良好的循环再生性能。其次,为了进一步增加螯合膜的比表面积,增大螯合膜对硼酸的吸附容量,利用静电纺丝技术制备聚酰胺酸(PAA)纳米纤维膜,并在纤维膜表面通过酰胺化反应和环氧开环反应,成功的引入多元醇结构。结果表明,PAA铸膜液固含量为15%时,PAA纳米纤维膜具有均一的形貌和相对窄的纤维直径分布。XPS和FT-IR表征证明,HPEI和环氧丙醇成功的接枝在膜表面上,两步反应的接枝率随着与HPEI接枝反应时间的增加而增加。PAA-g-PG24纳米纤维膜在270 mg/L、pH=9的硼酸溶液中出现最大吸附量,为5.68mmol/g,这是目前文献中报道的最高吸附量。在5mg/L初始硼酸浓度下,PAA-g-PG24纳米纤维膜对硼酸的吸附量为0.82mmol/g,且吸附平衡时间为15min。PAA-g-PG24纳米纤维膜吸附过程符合Langmuir热力学吸附模型和伪一级动力学模型。经过10次循环后,PAA-g-PG24纳米纤维膜的RE值仍保持在93.9%,表现出很好的循环利用性能。最后,为了简化制膜过程,通过相转化法,将具有脱硼功能的特异性吸附树脂(BSR)与聚砜(PSF)共混,用非溶剂相转化法制备了 PSF/BSR混合基质膜。混合基质膜比聚合物树脂具有更快的吸附速率,这使膜对较低浓度的硼酸溶液更具吸附优势。当处理10mL浓度为5mg/L硼酸溶液时,PSF/BSR4共混膜通量为25 L/m2·h,硼去除率为97.6%,循环10次后,恢复率可保持在95.9%。