正渗透(FO)是一种自发的膜分离过程,与反渗透(RO)相比,具有能耗低,膜污染轻等优点,在海水淡化、工业废水、垃圾渗滤液和污泥浓缩脱水、农田灌溉、食品加工和发电等领域有着广泛的应用前景,已引起了科技工作者的极大关注。然而,获得具有较高渗透压、低反向溶质扩散、易再生且能耗低的汲取剂是推动FO技术商业化应用的关键。智能水凝胶是一种可吸收大量水分子但不溶于水的三维网络状结构高分子聚合物,并且在外界环境刺激下(如温度,p H,光,磁场,压力或电场)可发生可逆的收缩—溶胀。这些特性可使之用于设计新型正渗透汲取剂。由于电场刺激方式容易控制且易于应用,可实现汲取剂快速的再生并降低能耗,本文采用自由基聚合法制备了基于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的电场敏感水凝胶并考察其作为正渗透汲取剂的性能,主要研究内容及结果如下:(1)以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)和AMPS为单体制备一种电场敏感水凝胶聚(N,N-二甲基丙烯酰胺-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)(P(DMAM-co-AMPS))作为新型正渗透汲取剂。对水凝胶的化学结构、形貌、溶胀性、机械性能以及含水状态进行了表征,研究了其在外加接触电场下的响应行为及机理,并考察了水凝胶汲取剂在正渗透过程中的水通量和再生性能。结果表明,所制备水凝胶平衡溶胀度为532 g/g,且溶胀过程符合Fickian型扩散规律。在外加接触电场刺激下,凝胶表现出明显、可逆的消溶胀性,且凝胶脱水率随着施加电压的增大而增大,这可能与凝胶体系内的电渗透过程以及电化学反应有关。以2 g/L Na Cl为原料液,该水凝胶用作FO工艺汲取剂时1 h产生的平均水通量为1.81 LMH,,并在15 V电压刺激下获得水回收率为67.7%。(2)为提高水凝胶的溶胀性,以丙烯酰胺(AM)和AMPS为共聚单体,制备一系列不同单体配比的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酰胺)(P(AMPS-co-AM))水凝胶。通过SEM,FT-IR,DSC表征了水凝胶的形态,化学结构,溶胀性和含水状态。研究了其在外加接触电场下的响应行为及机理,并考察了水凝胶汲取剂在正渗透过程中的水通量和再生性能。结果表明,相比于P(DMAM-co-AMPS),P(AMPS-co-AM)具有更高的溶胀度,用作FO汲取剂时能够产生2.76 LMH的水通量(原料液为2 g/L Na Cl溶液),在15 V电场作用下,40 min内获得约71%的水回收率。(3)采用化学交联法制备具有半互穿网络(Semi-IPN)结构的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酰胺)/聚丙烯酸水凝胶P(AMPS-g-AM)/PAA。半互穿网络的构建使凝胶在保持原有特性的同时,还具备良好的性能。同时通过引入聚电解质聚丙烯酸(PAA),进一步增强凝胶的亲水性和电敏特性,从而提高正渗透性能。结果表明,与纯P(AMPS-g-AM)相比,P(AMPS-g-AM)/PAA具有更高的溶胀度,且在相同电压刺激下,正渗透汲水溶胀后的P(AMPS-g-AM)/PAA脱水速率更快,获得水回收率是前者的1.43倍。