共价纳滤膜性能研究

贾瑞

摘 要：以超滤膜为基膜，采用层层自组装（LBL）技术，在水解改性的PAN超滤基膜上，基于荷相反电荷聚电解质的静电和戊二醛交联剂与聚电解质官能团的共价的共同作用，自组装（PEI/PAA/GA）2纳滤膜，研究结果表明，（PEI/PAA/GA）2对盐有很好的截留率，并具有一定的稳定性。

关键词：层层自组装 纳滤膜 共价相互作用 交联剂

中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0003-02

纳滤膜是一种介于反渗透和超滤之间的膜，纳滤膜的制备方法有很多，其中层层组装是Decher及其合作者报道的以带有相反电荷的聚电解质交替沉积以静电相互作用力为推动力构筑多层膜的新方法[1]。本文通过GA为交联剂，应用自组装技术在超滤基膜上复合很薄的选择层，经过GA交联，制备出稳定性高，分离性能好的纳滤膜。

1 实验装置及分析方法

1.1 试剂及材料

聚丙烯睛超滤膜（PAN，截留分子量50000，厦门Sepro膜公司产品）；聚乙烯亚胺（PEI，分子量60000，美国Aldrich试剂公司）；聚丙烯酸（PAA，分子量100000，美国Aldrich试剂公司）；戊二醛（GA，中国国药集团）；NaOH、NaCl、Na2SO4（均为分析纯，中国国药集团上海化学试剂公司）。

1.2 性能评价方法

纳滤膜分离性能测定流程和实物图见文献[7]分别选用2 g/L的Na2SO4溶液和2 g/L的NaCl溶液进行单盐截留率实验，用电导率仪测试原料液和透过液的电导率值，通过公式（1）计算截留率，公式（2）计算纳滤膜的通量：

（1）

其中CF为原料液浓度，CP为透过液浓度，R为截留率。

（2）

其中为透过液体积，A为有效膜面积，t为测试时间。

2 结果与讨论

2.1 基膜的影响

选用三种基膜，分别是聚醚砜、聚丙烯腈和经改性后的聚丙烯腈基膜，聚丙烯腈的改性条件是65℃和2 mol/L NaOH溶液中进行水解，1 h后将膜取出，用去离子水漂洗膜内残留的碱液，直至漂洗液pH值为中性。制膜前将基膜浸泡在去离子水中一段时间，配制聚阳离子电解质水溶液PEI浓度为0.4%，其中加入0.5 mol/L NaCl作为支撑盐，配制聚阴离子电解质水溶液PAA，浓度为0.25%，配制交联剂戊二醛溶液浓度为1%，首次沉积聚阳离子电解质，每层沉积15 min，沉积完用去离子水冲洗3 min，放戊二醛中交联1h，相同的制膜条件下，不同的基膜表面沉积制的三种不同的（PEI/PAA/GA）2膜，在1.0 MPa压力下，考察了对盐的截留性能如表1所示。

从表1可知改性后的聚丙烯腈超滤膜作为基膜，经过两层的沉积交联得到高截留率的纳滤膜，以上数据可解释如下，聚醚砜和聚丙烯腈表面呈电中性，而聚丙烯腈经改性表面呈荷负电，初次沉积聚阳离子电解质溶液时，改性后的聚丙烯腈可以和聚阳离子电解质静电吸附，是表面沉积大量的电解质溶液，有利于后续的沉积，而聚醚砜和聚丙烯腈表面不具荷电，表面只能沉积少数的聚电解质，因此，沉积效果并没有改性后的聚丙烯腈的好，图1为聚丙烯腈的水解改性方程式。

2.2 聚电解质浓度对膜性能的影响

考察了以PAN为基膜用不同浓度的聚电解质所构筑的（PEI/PAA/GA）2膜对NaCl、Na2SO4盐溶液的离子的截留性能，从而选择出制备膜的聚电解质的最佳浓度，随着聚阳离子电解质浓度的增加，对NaCl、Na2SO4的通量先上升后下降。

2.3 稳定性

对共价交联膜做了连续运行8 h的实验，考察了膜对盐溶液的耐冲击力，如图2所示。

从图2可看出，刚开始时双层交联膜对二价盐的截留率有所上升通量有所下降，这是膜的压实过程，系统压力使膜的结构更加致密，故截留率上升，通量下降，一段时间后截留率和通量趋于稳定，膜的耐冲击行强，在膜的应用过程中能保持很好地稳定性。

参考文献

[1] S.B.Teli，M.Calle，N.Li.Poly （vinyl alcohol）-H-ZSM-5 zeolite mixed matrix membranes for pervaporation separation of methanol–benzene mixture[J].Journal of Membrane Science，2011，371：171-178.

[2] 高学理，王伟伟，陈晓琳，等.界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜[J].膜科学与技术，2011，31：27-30.endprint

摘 要：以超滤膜为基膜，采用层层自组装（LBL）技术，在水解改性的PAN超滤基膜上，基于荷相反电荷聚电解质的静电和戊二醛交联剂与聚电解质官能团的共价的共同作用，自组装（PEI/PAA/GA）2纳滤膜，研究结果表明，（PEI/PAA/GA）2对盐有很好的截留率，并具有一定的稳定性。

关键词：层层自组装 纳滤膜 共价相互作用 交联剂

中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0003-02

纳滤膜是一种介于反渗透和超滤之间的膜，纳滤膜的制备方法有很多，其中层层组装是Decher及其合作者报道的以带有相反电荷的聚电解质交替沉积以静电相互作用力为推动力构筑多层膜的新方法[1]。本文通过GA为交联剂，应用自组装技术在超滤基膜上复合很薄的选择层，经过GA交联，制备出稳定性高，分离性能好的纳滤膜。

1 实验装置及分析方法

1.1 试剂及材料

聚丙烯睛超滤膜（PAN，截留分子量50000，厦门Sepro膜公司产品）；聚乙烯亚胺（PEI，分子量60000，美国Aldrich试剂公司）；聚丙烯酸（PAA，分子量100000，美国Aldrich试剂公司）；戊二醛（GA，中国国药集团）；NaOH、NaCl、Na2SO4（均为分析纯，中国国药集团上海化学试剂公司）。

1.2 性能评价方法

纳滤膜分离性能测定流程和实物图见文献[7]分别选用2 g/L的Na2SO4溶液和2 g/L的NaCl溶液进行单盐截留率实验，用电导率仪测试原料液和透过液的电导率值，通过公式（1）计算截留率，公式（2）计算纳滤膜的通量：

（1）

其中CF为原料液浓度，CP为透过液浓度，R为截留率。

（2）

其中为透过液体积，A为有效膜面积，t为测试时间。

2 结果与讨论

2.1 基膜的影响

选用三种基膜，分别是聚醚砜、聚丙烯腈和经改性后的聚丙烯腈基膜，聚丙烯腈的改性条件是65℃和2 mol/L NaOH溶液中进行水解，1 h后将膜取出，用去离子水漂洗膜内残留的碱液，直至漂洗液pH值为中性。制膜前将基膜浸泡在去离子水中一段时间，配制聚阳离子电解质水溶液PEI浓度为0.4%，其中加入0.5 mol/L NaCl作为支撑盐，配制聚阴离子电解质水溶液PAA，浓度为0.25%，配制交联剂戊二醛溶液浓度为1%，首次沉积聚阳离子电解质，每层沉积15 min，沉积完用去离子水冲洗3 min，放戊二醛中交联1h，相同的制膜条件下，不同的基膜表面沉积制的三种不同的（PEI/PAA/GA）2膜，在1.0 MPa压力下，考察了对盐的截留性能如表1所示。

从表1可知改性后的聚丙烯腈超滤膜作为基膜，经过两层的沉积交联得到高截留率的纳滤膜，以上数据可解释如下，聚醚砜和聚丙烯腈表面呈电中性，而聚丙烯腈经改性表面呈荷负电，初次沉积聚阳离子电解质溶液时，改性后的聚丙烯腈可以和聚阳离子电解质静电吸附，是表面沉积大量的电解质溶液，有利于后续的沉积，而聚醚砜和聚丙烯腈表面不具荷电，表面只能沉积少数的聚电解质，因此，沉积效果并没有改性后的聚丙烯腈的好，图1为聚丙烯腈的水解改性方程式。

2.2 聚电解质浓度对膜性能的影响

考察了以PAN为基膜用不同浓度的聚电解质所构筑的（PEI/PAA/GA）2膜对NaCl、Na2SO4盐溶液的离子的截留性能，从而选择出制备膜的聚电解质的最佳浓度，随着聚阳离子电解质浓度的增加，对NaCl、Na2SO4的通量先上升后下降。

2.3 稳定性

对共价交联膜做了连续运行8 h的实验，考察了膜对盐溶液的耐冲击力，如图2所示。

从图2可看出，刚开始时双层交联膜对二价盐的截留率有所上升通量有所下降，这是膜的压实过程，系统压力使膜的结构更加致密，故截留率上升，通量下降，一段时间后截留率和通量趋于稳定，膜的耐冲击行强，在膜的应用过程中能保持很好地稳定性。

参考文献

[1] S.B.Teli，M.Calle，N.Li.Poly （vinyl alcohol）-H-ZSM-5 zeolite mixed matrix membranes for pervaporation separation of methanol–benzene mixture[J].Journal of Membrane Science，2011，371：171-178.

[2] 高学理，王伟伟，陈晓琳，等.界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜[J].膜科学与技术，2011，31：27-30.endprint

摘 要：以超滤膜为基膜，采用层层自组装（LBL）技术，在水解改性的PAN超滤基膜上，基于荷相反电荷聚电解质的静电和戊二醛交联剂与聚电解质官能团的共价的共同作用，自组装（PEI/PAA/GA）2纳滤膜，研究结果表明，（PEI/PAA/GA）2对盐有很好的截留率，并具有一定的稳定性。

关键词：层层自组装 纳滤膜 共价相互作用 交联剂

中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0003-02

纳滤膜是一种介于反渗透和超滤之间的膜，纳滤膜的制备方法有很多，其中层层组装是Decher及其合作者报道的以带有相反电荷的聚电解质交替沉积以静电相互作用力为推动力构筑多层膜的新方法[1]。本文通过GA为交联剂，应用自组装技术在超滤基膜上复合很薄的选择层，经过GA交联，制备出稳定性高，分离性能好的纳滤膜。

1 实验装置及分析方法

1.1 试剂及材料

聚丙烯睛超滤膜（PAN，截留分子量50000，厦门Sepro膜公司产品）；聚乙烯亚胺（PEI，分子量60000，美国Aldrich试剂公司）；聚丙烯酸（PAA，分子量100000，美国Aldrich试剂公司）；戊二醛（GA，中国国药集团）；NaOH、NaCl、Na2SO4（均为分析纯，中国国药集团上海化学试剂公司）。

1.2 性能评价方法

纳滤膜分离性能测定流程和实物图见文献[7]分别选用2 g/L的Na2SO4溶液和2 g/L的NaCl溶液进行单盐截留率实验，用电导率仪测试原料液和透过液的电导率值，通过公式（1）计算截留率，公式（2）计算纳滤膜的通量：

（1）

其中CF为原料液浓度，CP为透过液浓度，R为截留率。

（2）

其中为透过液体积，A为有效膜面积，t为测试时间。

2 结果与讨论

2.1 基膜的影响

选用三种基膜，分别是聚醚砜、聚丙烯腈和经改性后的聚丙烯腈基膜，聚丙烯腈的改性条件是65℃和2 mol/L NaOH溶液中进行水解，1 h后将膜取出，用去离子水漂洗膜内残留的碱液，直至漂洗液pH值为中性。制膜前将基膜浸泡在去离子水中一段时间，配制聚阳离子电解质水溶液PEI浓度为0.4%，其中加入0.5 mol/L NaCl作为支撑盐，配制聚阴离子电解质水溶液PAA，浓度为0.25%，配制交联剂戊二醛溶液浓度为1%，首次沉积聚阳离子电解质，每层沉积15 min，沉积完用去离子水冲洗3 min，放戊二醛中交联1h，相同的制膜条件下，不同的基膜表面沉积制的三种不同的（PEI/PAA/GA）2膜，在1.0 MPa压力下，考察了对盐的截留性能如表1所示。

从表1可知改性后的聚丙烯腈超滤膜作为基膜，经过两层的沉积交联得到高截留率的纳滤膜，以上数据可解释如下，聚醚砜和聚丙烯腈表面呈电中性，而聚丙烯腈经改性表面呈荷负电，初次沉积聚阳离子电解质溶液时，改性后的聚丙烯腈可以和聚阳离子电解质静电吸附，是表面沉积大量的电解质溶液，有利于后续的沉积，而聚醚砜和聚丙烯腈表面不具荷电，表面只能沉积少数的聚电解质，因此，沉积效果并没有改性后的聚丙烯腈的好，图1为聚丙烯腈的水解改性方程式。

2.2 聚电解质浓度对膜性能的影响

考察了以PAN为基膜用不同浓度的聚电解质所构筑的（PEI/PAA/GA）2膜对NaCl、Na2SO4盐溶液的离子的截留性能，从而选择出制备膜的聚电解质的最佳浓度，随着聚阳离子电解质浓度的增加，对NaCl、Na2SO4的通量先上升后下降。

2.3 稳定性

对共价交联膜做了连续运行8 h的实验，考察了膜对盐溶液的耐冲击力，如图2所示。

从图2可看出，刚开始时双层交联膜对二价盐的截留率有所上升通量有所下降，这是膜的压实过程，系统压力使膜的结构更加致密，故截留率上升，通量下降，一段时间后截留率和通量趋于稳定，膜的耐冲击行强，在膜的应用过程中能保持很好地稳定性。

参考文献

[1] S.B.Teli，M.Calle，N.Li.Poly （vinyl alcohol）-H-ZSM-5 zeolite mixed matrix membranes for pervaporation separation of methanol–benzene mixture[J].Journal of Membrane Science，2011，371：171-178.

[2] 高学理，王伟伟，陈晓琳，等.界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜[J].膜科学与技术，2011，31：27-30.endprint