新型高通量的磺化聚芳醚砜聚酰胺复合膜的制备和研究

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1、新型高通量的磺化聚芳醚砜-聚酰胺复合膜的制备和研究马友美，李胜海，李磊,陈光,张所波*（中科院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022）在目前水处理技术中，反渗透以其无相变、低能耗、高效率、低成本等优点被广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐、饮用水和超纯水制备等方面。反渗透复合膜是反渗透技术的核心部件，它由起支撑作用的多孔支撑层和起分离作用的致密分离层组成。目前商业上通用的反渗透复合膜是由间苯二胺和均苯三酰氯通过界面缩聚制备[1]。高通量，高脱盐率是反渗透复合膜追求的目标。大量文献报道表明：通过活性层改性，可以提高膜的水

2、通量，但是由于引入了大侧基或柔性主链，使复合膜的脱盐率大幅度下降。文献报道的研究结果，以及溶剂在膜内传输机理的研究表明，聚合物材料的强亲水性和主链的刚性有助于提高复合膜的水通量和脱盐率[2]。本文中，我们合成了水溶性、刚性主链的含胺基的磺化聚芳醚砜(SPES-NH2)高分子材料，并用它和间苯二胺(MPDA)混合与均苯三酰氯(TMC)进行界面缩聚制备反渗透复合膜。结果表明，磺化聚芳醚砜(SPES-NH2)的引入很大程度提高了膜的水通量，与同等条件下制备的间苯2二胺/均苯三酰氯复合膜相比较，水通量提高了一倍多，达到51.2L/mh。为了更好的

3、说明膜的分离性能和结构之间的关系，我们还分别利用红外衰减全反射(ATR-IR)，扫描电子显微镜（SEM）对活性层成分和膜的表面形态进行了表征。1实验材料和方法1.1材料磺化聚芳醚砜(SPES-NH2)由实验室制备，纯度高于99%（图1）；间苯二胺（MPDA）购于上海安诺芳胺化学品有限公司，纯度高于99%；均苯三酰氯自制，纯度高于99%。实验用水为实验室自制二次去离子水。1.2反渗透复合膜的制备和性能测试用UdelP-3500的聚砜制得截留分子量（MWCO）为2万的支撑膜。将湿态的聚砜支撑膜单面浸入1%(w/v)的多元胺水溶液中（多元胺为不

4、同比例的SPES-NH2和MPDA的混合物），沥干表面后，与浓度为1%(w/v)的均苯三酰氯环己烷溶液单面进行界面缩聚反应4分钟，随后进行热处理，漂洗得到反渗透复合膜。复合膜的测试条件为：氯化钠浓度为2000ppm，操作压力为2.0MPa，操作温度为25℃。图1SPES-NH2的合成路线图2实验结果与讨论2.1SPES-NH2的引入对膜性能的影响首先我们参照有关文献[3]确定了一些制膜条件，重点讨论水相中多元胺溶液的组成对膜性能的影响。具体条件为：水相中多元胺总浓度为1%(w/v)；TMC浓度为1%(w/v)；界面聚合时间为4min,聚合

5、物粘度0.78dl/g。结果如图2所示，当MPDA/SPES-NH2=2（摩尔比）时，复合膜表现出最好的分离性能，同时具备了较高的盐截留率和水通量。我们还考察了当水相中MPDA/SPES-NH2=2时，磺化聚芳醚砜(SPES-NH2)的分子量对复合膜性能的影响。结果如图3所示，随着聚合物SPES-NH2粘度的增大，复合膜的脱盐率的得到了很大程度的提高；而对于复合膜的水通量却没有明显的影响。从整体趋势来看，我们可以作出判断：聚合物的分子量(由粘度来体现)越大，越有利于提高膜的脱盐率，但对水通量来说却影响不大。图2胺液组成对膜性能的影响图3聚

6、合物黏度对膜性能的影响2.2膜表面的化学组成为了证明在界面缩聚的过程中，聚合物SPES-NH2引入不是简单的物理共混，而是通过胺基和酰氯的化学反应形成交联聚合物，我们首先制备了在无聚砜支撑层情况下利用界面聚合方法得到的活性层和将复合膜的底膜用DMF溶剂溶解去除后剩余的活性层，并对它们进行了红外表征（图4-5）。图4无支撑层制备得到的活性层红外谱图图5溶解聚砜底膜后剩余活性层的红外谱图-1SpectraassignmentsFrequency(cm)C-Haliphaticstretching2900-3000C=Ostretching(a

7、romaticpolyamide)1675C=Ostretching(aliphaticpolyamide)1640C-Nstretching(aromaticpolyamide)1575S=Ostretching1239C-SO2-Csymmetricstretching1081表1红外谱图特征峰归属-1如表1所示，在两个红外谱图中不仅出现了芳香族聚酰胺的特征峰（1675，1575cm）,-1而且均出现了脂肪族聚酰胺C=O振动（1640cm）,证实了聚合物SPES-NH2引入的方式，不是简单的共混，而是SPES-NH2也参与了与TMC的

8、界面聚合反应。而聚合物SPES-NH2引入的-1-1-1磺酸钠基团的三个特征峰的出现（1241cm,1085cm和691cm），也表明聚合物SPES-NH2是活性层的组成部分2.3膜的表面形态