高性能荷電納濾膜的研製及分子設計

《高性能荷電納濾膜的研製及分子設計》是依託南京林業大學，由曹緒芝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高性能荷電納濾膜的研製及分子設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹緒芝
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

荷正電及兩性荷電納濾膜作為荷負電納濾膜在性能及套用上的補充，在硬水軟化、重金屬廢水處理等領域有著廣泛的套用價值。目前，商品化的納濾膜大部分是荷負電納濾膜，有關荷正電和兩性荷電納濾膜的研究卻很少。傳統的界面聚合法或季銨化反應雖可製得對高價陽離子具有優異截留性能的荷正電納濾膜，但很難在分子水平上對荷電納濾膜進行結構設計和控制。為了使納濾膜的性能更能滿足實際使用的需要，本課題採用ATRP聚合、紫外輻照等聚合方法，擬從分子水平上對荷電納濾膜表面接枝鏈的結構、性質、接枝鏈長等進行設計和控制，通過系統研究接枝單體的性質、接枝率及其在微孔表面的電性能和聚集態結構與膜的分離性能的影響，對接枝工藝進行最佳化，以製得高性能的荷電納濾膜。同時還將系統研究膜表面荷電結構、荷電性能及接枝鏈長與膜分離性能間的關係，並考察溶液、溶質物化條件對膜分離行為的影響，以為膜的分子設計提供理論依據及實際套用提供指導。

結題摘要

根據研究計畫本課題主要進行了紫外輻照製備荷正電、荷負電及兩性荷電納濾膜的研究，集中研究了接枝方法、接枝單體性質、接枝條件、操作條件等對膜納濾性能的影響，以確定膜表面荷電層結構、荷電性質等與膜性能之間的關係，希望通過上述研究能為荷電納濾膜的結構設計提供理論依據。紫外輻照分步接枝法製備荷負電納濾膜的研究表明，相對於文獻中的無規共聚接枝法，該方法不僅可從分子水平上對納濾膜表面接枝鏈的結構、性質、膜表面荷電性質等進行結構設計和控制，還使得接枝單體的選擇範圍擴大到荷正電單體，隨接枝單體荷電性質的變化，其分離行為除了表現出荷負電納濾膜的性質外，還對含高價同離子、低價反離子的鹽溶液(MgCl2)有較好的截留作用。紫外輻照分步接枝法製備兩性荷電納濾膜在結構上與雙極膜類似，即荷正電層和荷負電層組成的層狀結構，這樣的結構避免了正負電荷間的電荷抵消，當鹽溶液通過時，使得陽離子在正電層被截留，陰離子在負電層被截留，因此可有效提高膜對MgSO4的截留性能。此外，相對於分步投料法，分步接枝法在接枝第二單體時已將未反應的第一單體置換出，可不受接枝單體活性的限制使得可選用的單體範圍更加廣泛，從而更利於對兩性膜的結構和性能進行設計和控制。需要指出的是，由於時間和個人身體的原因，本研究還有很多工作將在後面繼續開展，如膜孔徑、膜表面電荷強度與膜分離性能之間的定量關係，溶液中反離子對膜性能的影響，兩性離子對膜抗污染性的影響等等。