反渗透复合膜内界面改性对其性能的影响研究_性能表征_曹艳霞

第20卷第6期高分子材料科学与工程Vol.20,No.62004年11月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGNov.2004反渗透复合膜内界面改性对其性能的影响研究——(Ⅰ)性能表征曹艳霞1,2,郑国栋2,徐纪平2,沈家瑞1(1.华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640;2.中国科学院长春应用化学研究所聚合膜研究中心,吉林长春130022)摘要:用界面改性的方法研究了多孔支撑层/超薄功能层界面性质对反渗透复合膜性能的影响。采用了甲酸、磷酸、盐酸和弱极性试剂异丙醇作为聚砜底膜表面改性试剂。实验结果表明,在实验采用的不同的改性条件下,复合膜的性能都出现了大幅度的提高,改变改性试剂时,复合膜的性能变化有着相似的规律。改变改性试剂的浓度和改性时间有同样的改性效果。关键词:内界面;反渗透复合膜;表面改性中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1000-7555(2004)06-0138-04自1960年Loeb-Sourirajin研制成功不对称醋酸纤维素膜以来,膜分离技术和膜材料的应用在水处理和混合气体分离纯化方面的应用日益受到人们重视。膜分离高效节能,操作简便,不产生二次污染。不对称膜的研制成功使膜同时具有起分离作用的致密表皮层和起机械支撑作用的多孔层,克服了均质膜由于膜厚无法缩减带来的通量过低的困难,带动了膜科学的全面发展。迄今为止,反渗透技术主要用于苦咸水和海水淡化,超纯水制备,废水处理等。其中,交联芳香聚酰胺复合膜的性能最好,它耐pH范围宽,耐微生物能力强,有很大的应用市场。反渗透膜的研究始于20世纪50年代初,高聚物的组成、溶剂的选择、添加剂的种类、凝固浴的组成及温度、蒸发时间等对不对称膜的性能均有影响。不对称膜问世不久,复合膜的研究便开始进行,复合膜的结构也是不对称的,它含有至少两个高聚物层,其中一个是微孔支撑层,其余是超薄功能层,支撑层是通过Loeb-Sourirajan法制备。功能层是由其它高聚物形成的致密层。复合膜的性能不仅与超薄功能层的性质密切相关,而且受多孔支撑层的结构、孔径、孔分布和孔密度的影响。目前,反渗透复合膜中多孔支撑层大多采用聚砜(PSF)-Udel.P-3500[1]。反渗透复合膜致密的超薄脱盐层层合于具有支撑作用的多孔支撑层上的织构既可以减少表面致密层的厚度,又可以取消易引起压密的过渡层,从而使膜同时具有高的溶质分离率和透过速度。交联芳香聚酰胺复合膜FT-30有优异的脱盐率(98%～99%,6.9MPa测得),良好的透水性(产水率=1.38m3/m2d),工业上用途广泛,但其耐氯性差。国外有的科研工作者研究了反渗透复合膜FT-30超薄功能层改性对其性能的影响[2～4]。笔者曾提出多孔支撑层/超薄功能层界面控制较显著影响反渗透复合膜的性能,反渗透复合膜的性能是多孔支撑层、多孔支撑层/超薄功能层界面、超薄功能层协同作用的结果的观点[5～9],但还没有具体的实验论证。国内外也没有此类相关报道。为此笔者采用多孔支撑层/超薄功能层内界面改性的方法研究了反渗透复合收稿日期:2002-12-10;修订日期:2004-05-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(59673012)作者简介:曹艳霞(1973-),女,博士.联系人:沈家瑞.DOI:10.16865/j.cnki.1000-7555.2004.06.035膜性能的变化,发现其性能与内界面性质有一定相关性,本文给出了内界面改性时反渗透复合膜的性能变化规律,下篇将给出其与内界面性质的相关性。1实验部分用相转化法制备不对称多孔支撑底膜,然后进行底膜表面处理,分别用极性试剂盐酸,磷酸,甲酸和异丙醇浸泡底膜表面不同时间,处理后的底膜用纯净水洗至pH=6～7,电导率≤10μΨ后放于反渗透水中,4℃保存备用。超薄功能层是通过界面缩聚法制备的,底膜浸入2%间苯二胺水溶液3min→晾干2min→与0.3%芳香酰氯的正己烷溶液反应1min→聚乙烯醇水溶液保护1min→后处理(于95℃～100℃处理7min)。反渗透复合膜性能测试:采用杭州水处理中心生产的反渗透性能测试仪和DDS-11A型电导仪测试反渗透复合膜的性能,进料液为氯化钠的水溶液(氯化钠的质量分数1.5×10-3),操作压力1.5MPa～2.0MPa。计算公式:Flux=VH2O/VROCMtH2OVROCM的值为22.48×10-4m2Rej=进料液电导-出料液电导进料液电导一般情况下,仪器运行2h开始取样,以后取样间隔40min左右,记录取样时间、透水体积、进料液和透水的电导率,直到所测的电导率不再变化为止。进料液的电导率于测试前测定。反渗透复合膜的性能表征参数有脱盐率(%)——表征膜对进料液中的盐成分的阻截能力;产水率(m3/m2d)——表征水分子渗透