新型耐污染反渗透复合膜的结构控制与性能研究

摘要

反渗透是当今海水淡化的主流技术，但通用的芳香聚酰胺反渗透复合膜普遍存在易污染和易氧化等问题，提高反渗透复合膜的耐污染和抗氧化性能是国内外反渗透膜领域的研究热点之一。本文从分子设计的角度合成了一种新型的的树枝状大分子——均苯三甲酰胺-胺（TMAAM），再将它与1,3-二氨基-2-丙醇组合作为水相多元胺功能单体与均苯三甲酰氯进行界面聚合，制备了一系列新型的聚酰胺反渗透复合膜，并对它们的耐污染和抗氧化性能进行了评价。具体结论如下：
　　（1）以均苯三甲酰氯（TMC)和1,3-二氨基-2-丙醇(DAP)为起始原料，通过酯化、酰胺化和酯胺解反应3步法合成得到均苯三甲酰胺-胺（TMAAM)，并优化了合成工艺。考察了甲醇用量、缚酸剂种类及用量、原料DAP用量等对反应收率的影响，并分析了酯胺解反应机理。采用红外光谱（IR）、核磁（NMR）和高分辨质谱仪（HRMS）分析了产品的化学结构。该法反应条件温和，操作简单，后处理方便，且具有较高的反应经济性，总的产品收率最高可达57％，且较理想的合成工艺是：酯化反应中甲醇与TMC的摩尔比为2.0～2.5；酰胺化反应中以三乙胺/DMF为复合缚酸剂；酯胺解反应中DAP与中间体的摩尔比为5.0～5.8。
　　（2）以DAP和TMAAM作为组合多元胺与TMC进行界面聚合制备了系列新的聚酰胺反渗透膜，包括DAP-TMC、TMAAM-TMC、DAP/TMAAM-TMC和DAP-TMAAM-TMC四种膜，并探讨了单体浓度、反应时间及后处理温度等制膜工艺条件对膜性能的影响。采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜(AFM)、全反射傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）、X-射线光电子能谱（XPS）对膜的活性层结构进行表征。通过西湖原水进行动态反渗透污染实验和静态活性氯浸泡实验，考察了四种膜的耐污染、抗氧化性能，并与常规芳香聚酰胺反渗透复合膜（MPD-TMC）进行了平行比较。结果表明，DAP-TMC、DAP/TMAAM-TMC、DAP-TMAAM-TMC和TMAAM-TMC膜相比常规MPD-TMC膜具有更好的耐污染和抗氧化性能。