表面改性纳米二氧化钛—芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备与表征

第39卷第6期242013年6月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTV01．39No．6Jun．．2013表面改性纳米二氧化钛一芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备与表征宋杰，徐子丹，周勇，高从增(杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012)摘要：采用TMC对亲水纳米TiO：进行表面改性，然后添加在复合反渗透膜的聚酰胺层中，制备了改性纳米TiO：一聚酰胺复合反渗透膜。改性纳米TiO：使用红外光谱法(FTIR)和粒径分析仪进行表征；采用渗透试验，扫描电镜(SEM)、静态接触角仪、原子力显微镜等对复合膜的性能和结构分别测试和表征。结果表明，改性TiO：的表面接枝上酰氯基团，在有机溶剂中的分散性得到提高；SEM和AFM照片证实，TiO：在膜表面分布均匀，膜表面粗糙度增加；杂化复合膜亲水性也有一定程度的提高；膜性能测试结果证实了添加TiO：的复合膜水通量均高于纯聚酰胺膜，同时脱盐率变化很小。当改性TiO：的添加量为O．05％(m／v)时，水通量由11．21U(m2．h)提升到32．61L／(m2．h)，对NaCl截留率达到98．9％。试验结果表明，改性TiO，很好地分散在聚酰胺层，提高了水通量，还保持了高脱盐率，膜性能得到提高。关键词：芳香聚酰胺；纳米TiO：；均苯三甲酰氯；反渗透；脱盐中图分类号：TQ028．8文献标识码：A文章编号：1000—3770(2013)06—0024．005反渗透作为一项较为成熟的技术，近些年来被广泛应用在苦咸水脱盐、海水淡化以及超纯水生产等方面。面对应用环境要求的不断提高，进一步研究和应用高脱盐率、高通量低能耗、耐污染的新型反渗透膜已经成为一个重要的研究课题【I】。越来越多的研究者提出将无机纳米材料引入有机高分子膜，有机无机杂化反渗透膜作为了今后发展的一个新方向。目前，使用较多的无机材料有纳米二氧化钛(TiO：)、碳纳米管、纳米银、纳米SiO：、沸石等。TiO：因其光催化效果能够分解有机化学物质和杀死细菌、较好的亲水性和抑菌‘[21，被众多研究者应用于杂化复合膜㈣。由于在水相溶液中添加无机纳米粒子，会对有机相溶液与水相溶液在界面处的聚合反应造成一定的影响从而降低复合膜的分离性能[5】。所以一般采用界面聚合法制备杂化复合膜，都是将纳米粒子与有机相溶液混合。本文使用均苯三甲酰氯将亲水性纳米TiO：粒子进行有机酰氯化改性，使得纳米粒子表面带有酰氯基团，同时提高了纳米粒子在有机相溶液中的分散效果；并研究了添加有改性纳米TiO：的聚酰胺反渗透复合膜的分离性能和结构。1试验部分1．1材料与药品聚砜超滤底膜，截留分子质量20000：均苯三甲酰氯(TMC)，分析纯；间苯二胺(MPD)，聚合级；亲水型纳米TiO：，锐钛型；二氯甲烷，分析纯：三乙胺(TEA)，分析纯；盐酸，分析纯；氯化钠，分析纯；十二烷基磺酸钠(SDS)，分析纯；IsoparG；去离子水，自制。1．2仪器与设备电导率仪；JSM．5600型扫描电子显微镜；3000HS型微粒粒度与表面电位测定仪；IR一200型全反射傅里叶红外光谱仪；XE—lOOE原子力显微镜；膜性能评价仪。1．3试验过程1．3．1有机酰氯化纳米二氧化的制备将TMC2g溶解在50mL二氯甲烷中，然后将收稿日期：2013-02—26基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目：节能型高分子复合膜的微结构调控与制备方法(2009cB623402)作者简介：宋杰(1987--)，男，硕士研究生，研究方向为膜与膜分离过程：联系电话：0571—88935378：E-mail：songjie707@yahoo．cn万方数据宋杰等，表面改性纳米二氧化钛．芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备与表征252g亲水型纳米TiO：分散在溶液中，加入三乙胺lmL，在38℃下恒温搅拌24h，反应终了后直接减压抽滤，得白色粉末状固体，同时用适量的二氯甲烷反复冲洗该固体数次，放入真空干燥箱中25℃度真空干燥2h，取出密封后放入干燥器中保存。1．3．2改性纳米二氧化钛．芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备首先量取适量的TEA溶于纯水中，调节pH至8．5作为水相溶剂，接着将MPD溶解于其中配制成浓度为2％(m／v)的溶液，然后加入质量分数为1％o的SDS水溶液作为表面活性剂，SDS溶液与MPD溶液体积比为1：100。将TMC溶解于IsoparG配制成浓度为0．1％(rely)的溶液，将改性后的纳米TiO：(m肋=0．1％、0．3％、0．5％、0．7％、1％)加入到TMC溶液中，超声分散1h。在温度为20℃，湿度为70％的恒温恒湿洁净室中，剪取合适尺寸的聚砜超滤底膜，浸入MPD溶液中2min取出沥干后，浸入刚超声结束的TMC溶液中20S，在90℃的烘箱中干燥热处理15min，取出后用去离子水冲洗掉未反应单体，得到纳米T