【摘 要】
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众所周知超滤膜在海水淡化和污水处理中起到了越来越重要的作用,主要是因为超滤膜运行压力低和对有机污染物具有高的纯水通量和高的截留率。但超滤膜的通量和抗污染性能都有待提高。由于部分卟啉化合物本身具有亲水性,同时当卟啉遇到强酸时还可以质子化形成强的氢键,从而达到对膜修饰的目的。所以本文以卟啉和聚砜基膜为研究对象,通过类似于界面聚合的方法制备出高通量高截留率的卟啉/聚砜超滤膜。首先,本文合成了三种对称卟啉
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众所周知超滤膜在海水淡化和污水处理中起到了越来越重要的作用,主要是因为超滤膜运行压力低和对有机污染物具有高的纯水通量和高的截留率。但超滤膜的通量和抗污染性能都有待提高。由于部分卟啉化合物本身具有亲水性,同时当卟啉遇到强酸时还可以质子化形成强的氢键,从而达到对膜修饰的目的。所以本文以卟啉和聚砜基膜为研究对象,通过类似于界面聚合的方法制备出高通量高截留率的卟啉/聚砜超滤膜。首先,本文合成了三种对称卟啉化合物,分别是5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）、5,10,15,20-四（4-氨基苯基）卟啉（TAPP）、5,10,15,20-四（4-甲酸甲酯基苯基）卟啉（TPPCOOMe）。然后探索了两种常用的亲水性添加剂对聚砜基膜分离性能的影响,它们分别是聚乙二醇600（PEG-600）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）。对基膜分离性能测试后,发现当两种添加剂含量不变时,基膜的纯水通量随着聚砜树脂（PSF）的含量增加而减小,同时膜的截留率呈现相反的趋势。而当PSF不变时,两种添加剂对膜分离性能的结果呈现不同。通过比对发现聚乙二醇600添加剂要明显好于聚乙烯吡咯烷酮添加剂,当PSF浓度和PEG-600的浓度质量分数都为22%时,膜的分离效果最好,截留率为98%,纯水通量达到455Lm-2h-1bar-1。接着,本文创新性的用NaHCO3溶解TCPP以及用均苯三甲酰氯（TMC）水解来产生强酸。然后采用类似于界面聚合的方法,把TCPP吸附在不同截留体系的膜内。主要利用TMC水解产生强酸使TCPP质子化,从而把TCPP固定在膜内。通过对膜产物进行表征测试,发现TCPP已经质子化并且已经分布在整张膜内。同时膜分离性能测试结果表明,对截留率体系高的膜,当NaHCO3和TCPP的比值为16:1（wt%）时,膜Z116:1的纯水通量分别增加了34%(从455Lm-2h-1bar-1到614Lm-2h-1bar-1),同时膜的截留率保持在95%以上;对于低截留率体系的B2膜,当NaHCO3和TCPP的比值为32:1时,发现膜B232:1的截留率从81%增加到96%,膜通量虽然有所下降,但仍然保持在638Lm-2h-1bar-1,这是已知的高分子超滤膜领域中最好的实验结果。对结果分析表明,造成这双重效果的主要原因是质子化TCPP和NaHCO3的协同作用。具体表现在质子化TCPP能够增加膜的通量,NaHCO3可以增加膜的截留率。最后本文测试了超滤膜的抗污染性能,结果发现质子化的卟啉膜还可以提高膜的抗污染性。
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