1_3_二_N_亚磺酰胺_苯对复合纳滤膜性能的影响

膜分离已经成为国际公认的高新技术，至2010年，我国膜产值超过300亿元，从事分离膜研究的科研院所、高等院校近100家。纳滤膜是分离膜中一个重要分支，特点是能对溶质进行纳米尺度的分离，其最常见的商业化形态实现方式为复合纳滤膜，即在超滤膜表面进行界面聚合获得厚度约100nm的分离层[1]。凭借致密而超薄的分离层，在一定的外压下，纳滤膜得以同时实现溶质的高分辨率筛分与溶剂的高通量。在复合纳滤膜的制备过程中，界面聚合采用2种不相容溶剂（一般为水和烷烃类，在此分别称为水相与有机相），水相含有多胺单体，有机相含有多酰氯单体。在聚合过程中，水和多胺单体均会与多酰氯反应，两者的竞争决定了酰氯官能团的反应率，并最终影响界面聚合的交联度。因此，通过改变界面聚合过程中多酰氯单体的水解程度可以调控复合纳滤膜的水处理性能[2]。美国通用电气的研发员牛青山曾尝试在反渗透膜界面聚合的有机相中加入少量受保护的多胺单体－亚磺酰胺苯衍生物，来提高水通量[3]。亚磺酰胺苯在油相中不与酰氯反应，当遇到水时，亚磺酰苯胺可以优先酰氯基团水解脱保护为苯胺。同时，在化学领域，该反应被多次用于合成聚芳酰胺[4-5]。以上研究表明，亚磺酰胺基团可与酰氯基团共存于有机相，并具备高于酰氯基团的水解活性，水解后产生的氨基能进一步参与界面反应。本文在纳滤膜的界面聚合体系中，加入1,3-二（N-亚磺酰胺）苯，显著改变了纳滤膜的表面结构与水处理性能，并利用多种检测手段进行初步分析。1实验部分1.1实验试剂及仪器聚砜超滤平板膜，截留分子量20000；间苯二胺（MPD），聚合级；氯化亚砜，质量分数98%；均苯三甲酰氯（TMC），分析纯；哌嗪（PIP），分析纯；樟脑磺酸（CSA），分析纯；氢氧化钠（NaOH），分析纯；氯化钠（NaCl），化学纯；硫酸镁（MgSO4），化学纯；异构烷烃（IsoparG）；去离子水，反渗透产水经过电渗析获得。DDSJ-308A型数显电导率仪；PHSJ-3F型pH计；S-4700型扫描电子显微镜；DCA322型接触角测量仪；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱；膜性能1,3-二（N-亚磺酰胺）苯对复合纳滤膜性能的影响李俊俊，陈涛，谭惠芬，王铭，潘巧明（杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：通过与氯化亚砜反应，将间苯二胺的氨基保护，所得产物1,3-二（N-亚磺酰胺）苯作为有机相第二单体，参与聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的界面聚合。1,3-二（N-亚磺酰胺）苯添加质量浓度范围为0～0.06%，研究了该变量对纳滤膜盐截留率、水通量、表面形貌、水接触角的影响。结果表明，1,3-二（N-亚磺酰胺）苯可作为调节纳滤膜性能的添加剂，并改变膜表面形貌与水处理性能。当1,3-二（N-亚磺酰胺）苯的添加量介于0～0.03%时，纳滤膜对氯化钠溶液的截留率下降，水通量上升；当1,3-二（N-亚磺酰胺）苯的添加量介于0.03%～0.06%时，纳滤膜对氯化钠溶液的截留率基本不变，水通量下降。最后探讨了亚磺酰胺基团在界面反应中的作用机理。关键词：纳滤膜；亚磺酰胺苯；聚哌嗪酰胺中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2014)08-0042-004收稿日期：2014-06-10基金项目：工信部新材料产业化专项项目（GX1301）；浙江省海水淡化技术研究重点实验室项目（SK12-05）；杭州市科委重大项目（HZ13-01）作者简介：李俊俊（1984－），男，博士，工程师，研究方向为液体分离膜；电子邮件：jjli1984@hotmail.com联系作者：潘巧明，教授级高工；电子邮件：panqm@chinawatertech.com第40卷第8期2014年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.40No.8Aug.,201442评价仪。1.21,3-二（N-亚磺酰胺）苯（IP-NSO）的制备[6-7]在装备了球形冷凝管的单口烧瓶中，加入间苯二胺10.8g，加入氯化亚砜75mL，缓慢升温至85℃，回流3h后得到亮黄色透明溶液。过量的氯化亚砜减压蒸出，室温下得到棕黄色油状液体，用400mL二甲苯将其全部洗出，获得5%的1,3-亚磺酰胺苯/二甲苯亮黄色透明溶液。在下文中将1,3-二（N-亚磺酰胺）苯缩写为IP-NSO。1.3纳滤膜的制备以聚砜超滤平板膜作为支撑底膜，通过界面聚合的方法来制备复合纳滤膜。将一定量的NaOH和CSA加入100mL水中，调节pH至12.0，配制含0.3%的PIP水相溶液；将TMC溶于IsoparG配制成质量分数为0.15%的有机相溶液（1,3-亚磺酰胺苯加入量分别为0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.06%）。首先将聚砜底膜在水相溶液中浸渍20s，然后取出沥干后，在有机相溶液中反应10s，