聚(N-羟乙基丙烯酰胺)功能化超滤膜和疏松纳滤膜的制备与表征

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N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)是一种丙烯酰胺类非离子型水溶性单体,由其合成的聚合物聚(N-羟乙基丙烯酰胺)(PHEAA)具有优异的亲水性、生物相容性和低蛋白粘附的特性,被广泛用作抗污涂层材料。然而,此类聚合物在膜改性方面还很少见报道。本文通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)制备了含有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PHEAA的PHEAA-b-PMMA-b-PHEAA(PHMH)两亲性三嵌段聚合物,探究其在超滤膜共混改性及其通过功能组装策略构建疏松纳滤膜方面的应用。首先,以PHMH作为共混改性剂,通过非溶剂诱导相分离法(NIPS)制备PVDF/PHMH共混膜,研究了PHMH的添加量与共混膜的结构与性能之间的关系。改性剂PHMH的引入明显提升了膜表面的孔径、孔隙率、亲水性、渗透性能和抗污染性能。由于表面偏析,改性剂PHMH中的亲水链段PHEAA在膜表面富集,疏水链段PMMA起到锚定作用。当改性剂PHMH的添加量为PVDF质量分数的10%时,共混膜(M-2)性能最优。在0.10 MPa的测试压力下,其纯水通量为221.55±8.91 L·m-2·h-1,BSA截留为99.78%。经过三次循环后,通量恢复率高达94.70%,其不可逆污染所占比例较低(4.28%)。通过和已发表文献进行对比,说明M-2膜在保证高通量,高截留的同时,还具有优异的抗污染性能。其次,将天然植物多酚单宁酸(TA)加入到凝固浴,在NIPS过程中,由于表面偏析,PHEAA中的酰胺键和羟基与TA的酚羟基发生氢键作用,使TA在膜表面固定。单宁酸中未反应的酚羟基可以与Fe3+离子进行配位,形成交联网络结构,制备疏松纳滤膜,对含盐染料废水进行有效分离。单宁酸和Fe3+的引入改变了膜的表面形貌,使膜表面孔径,孔隙率均变小,而且在膜的表面形成了致密的上皮层,膜表面变光滑,粗糙度下降,亲水性提高。在0.10 MPa的测试压力下,M-TA/Fe膜的渗透通量高达119.79±4.63 L·m-2·h-1,对刚果红的截留率高达99.92%,对氯化钠的截留低至5.15%,说明其能对含盐染料废水进行有效分离。在循环测试中M-TA/Fe膜的通量恢复率在99%左右,显示出了优异的抗污染性能。和已报道文献中的膜进行比较,我们所制备的疏松纳滤膜在保证高截留的同时具有高的通量,为解决膜分离领域中渗透性和选择性之间的“trade-off”效应提供了新的思路,在高效分离含盐染料废水方面显示出了巨大的应用前景。
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