纳滤是近20年来发展起来的新型膜分离技术，其操作压力比较低(相对于反渗透技术而言)，可部分透过无机盐，对分子量为200g／mol以上的有机分子能实施有效截留。它的出现恰好填补了反渗透与超滤之间的空白。 作为一种新型膜分离技术，纳滤在工业领域的应用将会十分广泛。但就目前而言，其工业化规模较超滤或反渗透要小得多。尤其在我国，膜技术应用的整体水平还相当低，仅有个别厂家能够生产纳滤膜，且其性能与国际上的商品纳滤膜还有一定差距。因此，新型纳滤膜研究是目前膜技术领域的研究热点。 本文以新型纳滤膜的开发为背景，重点研究通过界面聚合方法，在聚砜超滤膜基体上复合很薄的聚哌嗪酰胺选择层，并使其具有纳滤膜的结构和特征。实验采取正交设计及单因素优化方法，详细研究了聚砜基膜的制备条件，包括聚合物及溶剂的浓度、添加剂的选择、成膜条件的优化；在界面聚合制备复合纳滤膜过程中，重点考察了单体浓度、聚合反应时间、表面活性剂浓度，酸受体的添加量等因素对纳滤膜性能的影响。理论方面，采用非平衡态热力学，描述纳滤膜内溶剂与电解质离子间的相互作用及影响，建立纳滤膜传质的数学模型。并结合纳滤实验拟合得到了相关的模型参数。 为了制备高效复合纳滤膜，首先必须使用基膜作支撑体。基膜的孔结构对于后续的界面聚合制备复合纳滤膜影响很大。若基膜孔径太大，则在此基础上通过界面聚合难以形成无缺陷的选择层，从而严重影响膜的选择性；若基膜孔径太小，尽管有利于界面聚合层的形成，但膜的通量会显著下降。因此，在基膜制备过程中，为了控制其微孔结构，需要详细研究成膜条件，包括聚合物，溶剂及添加剂的选择；成膜条件的探索及优化。基膜采用聚砜材料，制备则采用相分离方法。研究结果表明，铸膜液中聚砜浓度对基膜水通量的影响最为显著，其后依次是丙酮含量、溶剂蒸发时间、聚乙烯吡咯烷酮的含量。聚砜浓度越大、溶剂蒸发时间越长，所制基膜的 郑 入1 大 学 硕 士 学 位 论 文 水通量就越小；当添加剂丙酮和聚乙烯毗咯烷酮的浓度增大，聚矾基膜的 水通量就会增大。在此基础上，优化得到聚矾基膜的制备条件为：聚枫浓 度14W小叶地、溶剂蒸发时间10秒、丙酮含量0．3W帆咐、聚乙烯毗咯烷 酮0．25％（Wt％卜通过对基膜性能进行的系列实验表征发现：膜的水通量随 着操作压力的增加而增加，两者呈现较好的线性关系；另外，实验还表明， 膜对浓度为500ppm以下聚乙烯醇溶液的截留率达98％以上。 纳滤膜性能的好坏，关键在于后续的界面聚合反应。影响界面聚合反 应的因素很多，诸如单体的浓度、反应时间、反应温度、添加剂种类及浓 度、酸受体的添加量等。本文采用间苯二甲酚氯和呢嗓作为聚合单体。以 正十二烷和纯水分别作为酚氯和呢嗓的溶剂、以十二烷基苯硫酸钠为表面 活性剂，氢氧化钠和碳酸钠作酸受体。根据界面聚合原理，在聚矾基膜上 形成具有选择性的聚吸嗓酚胺薄层，该选择层具有纳滤膜的结构特征及性 能。通过单因素实验确定的界面聚合优化条件为：呢嗓浓度 0．12mol／L酚 氯浓度 0．lmol／l；水相中酸吸收剂含量 0．3％（Wt％厂 表面活性剂含量 0．1WMm：聚合反应时间210秒。该条件下制得的纳滤膜对NaO的截留 率为300～500；对Na术O。的截留率达900；对聚乙烯醇则几乎完全截留。 纳滤膜性能的表征实验结果显示：随着操作压力的增加，膜的通量以及膜 对电解质的截留率都会相应增加：而随着纳滤原料液浓度的增加，通量却 有所降低，截留率也在减小。通过扫描电子显微镜（SEM ）对界面聚合所 制备的纳滤膜进行了结构表征，可以清晰地观察到在多孔基膜上所聚合的 选择性致密表层， 考虑到溶质和溶剂通过膜的传递属不可逆过程，因此只能用非平衡态 热力学来描述其传递机理。本文根据非平衡热力学理论，运用线性唯象方 程，从过程墒增加速率与过程推动力的关系入手，推导出纳滤分离过程中 溶剂和溶质的通量表达式，即： Jv＝L八AP－d＃）（1） Jn 二二士＝Ln门一O－）M＋人刀一口士。）＊7了 侄） CS ZO ） 郑 州 大 学 硕 士 学 位 论 文 根据相关实验结果，可以拟合相应的模型方程，并求取上述模型参数， 结果如下： Lp＝4．53～4石6； 口一0．40～（）．叼；