用于反渗透复合膜的海绵状结构支撑膜制备研究

朱姝，赵颂，王志，田欣霞，时孟琪，王纪孝

（天津大学化工学院化学工程研究所，天津化学化工协同创新中心，化学工程联合国家重点实验室（天津大学），天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室，天津 300072）

用于反渗透复合膜的海绵状结构支撑膜制备研究

朱姝，赵颂，王志，田欣霞，时孟琪，王纪孝

（天津大学化工学院化学工程研究所，天津化学化工协同创新中心，化学工程联合国家重点实验室（天津大学），天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室，天津 300072）

通过调节铸膜液中聚砜浓度和非溶剂含量，浸没沉淀法制备海绵状结构的支撑膜，并在支撑膜上界面聚合制备聚酰胺反渗透复合膜。分别对支撑膜及反渗透复合膜的结构和性能进行表征，考察聚砜浓度对支撑膜结构和性能的影响，以及不同结构支撑膜对反渗透复合膜结构和性能的影响。结果显示，随着聚砜浓度的增加，支撑膜表面孔径和孔隙率下降，断面结构变致密，耐压性增强。在不同支撑膜上制备的反渗透复合膜具有不同的通量和脱盐率。综合考虑支撑膜及反渗透复合膜的性能，以聚砜浓度为15%制备的海绵状结构支撑膜更适于作为制备反渗透复合膜的支撑层。

膜；海绵状结构；支撑膜；聚砜；反渗透

引 言

反渗透（RO）是渗透的逆过程，它是在压力的推动下，借助半透膜的截留作用将溶液中的溶剂与溶质分开的膜分离过程。目前，反渗透已广泛应用于海水和苦咸水淡化、纯水制备、工业用水处理、废水处理，以及医药、化工和食品等工业料液的处理和浓缩等过程[1-3]。1978 年，Filmtech公司首先实现了以聚砜超滤膜为支撑膜，由界面聚合法制得交联芳香族聚酰胺复合膜，并在20世纪80年代末实现工业化。商业化反渗透复合膜大多由致密超薄分离层（约0.2 μm）、多孔支撑层（约50 μm）和织物增强层（约110 μm）组成，一般是采用界面聚合法在多孔聚砜（PSf）支撑膜表面复合交联芳香聚酰胺（PA）超薄分离层。

界面聚合法制备反渗透复合膜是将支撑膜（通常是超滤膜）浸入含有多元胺的水相溶液中，干燥后，将膜浸入含有多元酰氯的有机相溶液中，多元胺和多元酰氯在支撑膜表面反应并形成致密聚酰胺分离层，经过后处理后得到反渗透膜。因此，影响反渗透膜性能的主要因素有支撑膜性质、界面聚合反应条件以及后处理工艺。由于聚酰胺分离层的致密度远高于多孔支撑层，因此大多数文献报道是通过调节界面聚合反应条件，包括单体浓度和配比、反应温度、反应时间、pH、溶剂类型、添加剂等多种因素，以优化聚酰胺分离层的结构，进而提高反渗透膜性能[3-7]。邱实等[7]发现在水相溶液中添加醇类小分子后，醇羟基在界面聚合反应中会与酰氯基团反应生成酯键，阻碍聚酰胺分子链的增长，降低聚酰胺分离层的交联度，进而大幅提升反渗透膜的通量。

支撑膜性质对反渗透膜结构和性能也有一定影响。支撑膜的孔径、孔隙率、表面亲疏水性直接影响着水相溶液在支撑膜上的铺展，进而影响界面聚合过程以及反渗透膜的渗透选择性能[8-10]。Ghosh等[8]考察了支撑膜的孔径及表面亲疏水性对聚酰胺复合膜的影响，发现采用孔数较多、孔径较大且较疏水的支撑膜所制备的复合膜通量较高，这是由于聚酰胺更容易在亲水的膜孔内生成，导致膜通量较小。Kim等[10]将亲疏水性作为单一因素考察支撑膜对复合膜性能的影响，认为亲水化改性后的支撑膜有利于界面聚合中水相单体的均匀铺展，形成的致密皮层缺陷少且与支撑膜结合力强，复合膜的截留性能和稳定性能都得到提高。

此外，在反渗透膜的实际应用中，支撑膜的机械稳定性也会影响反渗透复合膜的渗透选择性能。由于反渗透过程的操作压力较高（苦咸水淡化操作压力一般为1.5 MPa，海水淡化操作压力可高达5.5 MPa），如果支撑膜机械稳定性较差，复合膜在高的操作压力下可能会发生严重的压实，造成通量的不可逆损失[11-14]。支撑膜的机械稳定性主要受材料及结构的影响[15]。聚砜材料具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性能和优异的力学性能，被广泛应用于复合膜支撑层的制备。从膜材料出发，Pendergast等[12]将硅纳米粒子和多孔分子筛添加到聚砜铸膜液中制备纳米复合支撑膜，并以此制备聚酰胺复合反渗透膜，发现纳米复合支撑膜有利于提高复合反渗透膜的耐压实性能，减缓压实所造成的通量衰减。从膜结构出发，支撑膜的断面结构一般为非对称结构，包含指状孔、大空穴及海绵状孔。其中，指状孔和大空穴在高压或长期操作过程中容易塌陷[11,14,16]，而海绵状结构具有较好的耐压实性[11, 13, 17]。

高性能的支撑膜是制备复合反渗透膜的基础。由上述可知，多孔支撑膜的表面孔径、表面润湿性以及耐压密性都会影响反渗透膜的结构和性能。因此，本文工作通过改变聚砜铸膜液浓度和非溶剂含量，采用浸没沉淀法制备一系列海绵状结构的聚砜支撑膜，并以此制备反渗透复合膜，通过对支撑膜及反渗透复合膜的结构表征和性能测试获得适用于反渗透膜制备的支撑膜结构，为优化反渗透复合膜的制备工艺提供依据。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

聚砜（PSf，P-3500 LCD MB7）购自苏威。N-甲基吡咯烷酮（NMP）、氯化钠（NaCl）、正庚烷及正己烷购自天津江天化学试剂公司。间苯二胺（MPD）、樟脑磺酸、三乙胺购自阿拉丁试剂（中国）有限公司。均苯三甲酰氯（TMC）购自青岛三力化工有限公司。无纺布增强层由时代沃顿公司提供。纯水为反渗透造水系统制备，电导率小于18 μS·cm−1。

1.2 聚砜支撑膜的制备与表征

1.2.1 相转化法制备聚砜支撑膜 聚砜支撑膜通过浸没沉淀相转化法制备。首先，将聚砜膜材料、溶剂NMP、一定量纯水混合，搅拌使其完全溶解，静置脱除气泡得到铸膜液；然后，用不锈钢刮刀将铸膜液刮涂在无纺布上，刮膜厚度控制在200 μm，随后浸入凝固浴成膜。刮膜过程在恒温恒湿箱中进行，温度控制为25℃±1℃，相对湿度控制为30%±5%。实验通过在铸膜液中添加非溶剂水获得海绵状结构，需加入的纯水含量通过铸膜液的浊点确定。铸膜液各组分的含量及对应的膜如表1所示，凝固浴为纯水与溶剂NMP按体积分数1:1配制的混合溶液。

表1 铸膜液中各组分的质量分数Table 1 Compositions of casting solutions

1.2.2 聚砜支撑膜的结构表征和性能测试 采用扫描电子显微镜（SEM，NovaNanoSEM430，FEI）表征聚砜支撑膜的表面和断面形貌，通过ImageJ软件（1.38×，National Institute of Health）分析获得聚砜支撑膜的表面孔径。采用视频光学接触角测量仪（OCA15EC，Dataphysics）测定聚砜支撑膜的表面接触角，表征膜表面亲水性。采用称重法测试聚砜支撑膜的孔隙率。

采用实验室自制的超滤膜测试平台测定聚砜支撑膜的渗透选择性能。膜片在透膜压力为0.3 MPa下预压50 min，测试其耐压性及纯水通量。通过测定一定时间t(s)内通过有效膜面积A(m2)的渗透液体积V(m3)，按式（1）计算纯水通量

截留性能测试在0.3 MPa的测试压力下，以1.0 g·L−1的BSA水溶液为原料液，运行10 min后取透过侧和原料侧的溶液，通过紫外分光光度计在280 nm处测定吸光度。BSA的截留率由式（2）计算，其中cp和cf分别为透过侧和原料侧中溶液的吸光度。

1.3 反渗透复合膜的制备与表征

1.3.1 界面聚合法制备反渗透复合膜 通过界面聚合法在聚砜支撑膜上制备得到聚酰胺反渗透复合膜。界面聚合的水相溶液由2.0%（质量分数，下同）间苯二胺、2.6%樟脑磺酸、1.1%三乙胺组成；有机相溶液为含有0.1%均苯三甲酰氯的正庚烷溶液。首先，将50 ml水相溶液倾倒在支撑膜表面，接触30 s后，排掉过量溶液；然后，将50 ml有机相溶液倾倒在膜表面，反应30 s后，排出过量溶液，在80℃烘箱中热处理5 min，之后在纯水中保存。根据所用聚砜支撑膜的不同，将反渗透复合膜分别标记为PA/PSf-12、PA/PSf-15、PA/PSf-18和PA/PSf-21。1.3.2 反渗透复合膜的结构表征和性能测试 采用傅里叶衰减全反射红外（ATR-FTIR，FTS 6000，Bio Rad）表征复合膜表面化学组成。采用SEM表征复合膜的表面形貌。采用视频光学接触角测量仪表征复合膜表面的亲水性。采用X 射线光电子能谱（XPS，PHI5000VersaProbe，ULVAC-PHI）表征复合膜聚酰胺分离层的元素组成，探测深度为 2～5 nm，数据处理软件为 PHI-MATLAB，通过数据分析计算得到聚酰胺分离层的交联度。

采用实验室自制反渗透膜性能测试系统测试复合膜的性能，测试平台为错流操作。原料液为2000 mg·L−1的NaCl溶液，测试压力为1.55 MPa，原料液温度为25℃±1℃。采用DDSJ-308A型电导率仪（上海精密科学仪器有限公司）测定原料液和透过液的电导率。按式（1）计算复合膜的通量。氯化钠的截留率由式（2）计算，cp和cf分别为透过液和原料液的电导率。

2 结果与讨论

2.1 聚砜浓度对支撑膜结构的影响

2.1.1 聚砜支撑膜的微观形貌表征 图1为聚砜支撑膜的表面及断面扫描电镜照片。由图可知，聚砜支撑膜表面的孔径分布不均，且随着聚砜浓度的增加逐渐减小。实验利用ImageJ软件对扫描电镜照片进行分析，获得聚砜支撑膜的表面孔径分布及表面孔隙率，如图2和表2所示。随着聚砜浓度的增加，支撑膜的表面平均孔径逐渐变小。由图2可知，随聚砜浓度增加，支撑膜表面孔径分布变窄且呈现左移的趋势。由表2可知，支撑膜的表面孔隙率呈现先增加后减小的趋势，其中PSf-15的表面孔隙率最大。此外，实验还采用称重法表征了聚砜浓度对支撑膜整体孔隙率的影响。由表2可以看出，支撑膜孔隙率的变化趋势也随着聚砜浓度的增加而逐渐降低。

支撑膜的断面扫描电镜照片显示所制备的聚砜支撑膜均为海绵状结构，去除无纺布后，聚砜层的厚度为50～70 μm。随着聚砜浓度增加，聚砜层厚度略有增加。支撑膜PSf-12的断面呈现非对称结构，顶部的海绵状结构较为致密，而底部的海绵状结构较疏松。当聚砜浓度增加至18%，支撑膜PSf-18的断面结构呈现较为均匀的海绵状结构。

图1 不同聚砜浓度制备的支撑膜表面及断面扫描电镜照片Fig.1 Top surface and cross-section SEM images of substrates made of different PSf concentrations

图2 不同聚砜浓度制备的支撑膜表面孔径分布Fig. 2 Surface pore diameter distribution of substrates made of different PSf concentrations

聚砜支撑膜表面及断面形貌结构的变化主要可通过三方面解释。（1）聚砜浓度较高时，铸膜液黏度增大，对相转化过程中溶剂和非溶剂之间的传质造成一定阻碍，影响成膜动力学，导致支撑膜表面孔径减小；（2）聚砜浓度较高时，单位体积内聚合物分子数增多，从而使聚合物分子运动受到阻碍，导致支撑膜孔隙率下降，断面结构变致密[18]；（3）随聚砜浓度增加，铸膜液中固含量增加，而刮膜厚度均为200 μm，因此制备得到的支撑膜厚度略有增加。

表2 不同聚砜浓度制备的支撑膜平均表面孔径、表面孔隙率及整体孔隙率Table 2 Summary of average surface pore size, calculated pore size, surface porosity and overall porosity of substrates made of different PSf concentrations

2.1.2 聚砜支撑膜的表面润湿性 界面聚合制备反渗透膜时，支撑膜表面润湿性会影响水相单体的铺展，进而影响聚酰胺分离层的形成[8,19]。本文通过考察聚砜支撑膜的表面动态接触角来表征支撑膜的表面润湿性。一般来说，膜表面接触角主要取决于膜材料亲水性、膜表面粗糙度、膜表面孔径大小及分布[20]。本文中由于膜材料均为聚砜，且未添加其他添加剂，因此聚砜支撑膜的接触角主要由膜表面粗糙度及孔径决定。由图3可知，4种聚砜支撑膜的初始接触角相差不多，但随着接触时间的延长，接触角的下降幅度有明显不同。随着铸膜液中聚砜浓度的降低，所制备的聚砜支撑膜接触角下降幅度逐渐增加。支撑膜PSf-12表面的水滴在接触15 s时已完全消失。这是由于当铸膜液中聚砜浓度较小时，所制备的支撑膜表面孔径和孔隙率较大，水滴容易扩散到膜孔中，因此支撑膜表面的接触角下降速度较快。随着铸膜液中聚砜浓度的增加，支撑膜的表面孔径和孔隙率变小，造成支撑膜表面的接触角下降较为缓慢。

图3 不同聚砜浓度制备的支撑膜表面动态接触角Fig.3 Time dependence of water contact angles of substrates made of different PSf concentrations

2.1.3 聚砜支撑膜的渗透选择性能 实验通过测试不同聚砜浓度制备的聚砜支撑膜在0.3 MPa TMP下的纯水通量变化来考察支撑膜的耐压性。如图4所示，随着操作时间的延长，支撑膜的纯水通量均出现下降的趋势，这是由于聚合物膜在高压下会发生一定的机械形变。经过50 min的预压，支撑膜PSf-12、PSf-15、PSf-18和PSf-21的纯水通量分别为初始通量的35%、68%、76%和87%，这说明支撑膜的耐压性逐渐增强，这可能与支撑膜的断面结构有关。Peterson等[21]采用超声和时域反射仪研究膜的压实现象，结果表明膜的耐压性与膜孔隙率有关。由2.1.1可知，随聚砜浓度的增加，支撑膜断面的海绵状结构变致密，整体孔隙率下降，因此支撑膜的耐压性得到提高。

图4 不同聚砜浓度制备的支撑膜在0.3 MPa TMP下的纯水通量Fig.4 Time-dependent pure water fluxes of different substrates under 0.3 MPa TMP

聚砜支撑膜的纯水通量及BSA截留率随聚砜浓度的变化如图5所示。根据Guerout-Elford-Ferry方程[22]可以计算得到膜的平均孔径（calculated pore size）。如表2所示，通过纯水通量计算得到的膜平均孔径随聚砜浓度的增加而降低，与由SEM得到的表面平均孔径的变化趋势一致。由图5可知，随着聚砜浓度的增加，支撑膜的纯水通量逐渐降低而BSA截留率逐渐增加。这主要是由于随着聚砜浓度增加，支撑膜的表面孔径及孔隙率降低，孔间连通性下降，透膜阻力增加，导致纯水通量降低，对BSA的截留率持续增加。

2.2 支撑膜对反渗透复合膜结构和性能的影响

2.2.1 反渗透复合膜的表面化学组成分析 采用ATR-FTIR分析反渗透复合膜表面的功能基团。如图6所示，反渗透复合膜表面均出现对应于酰胺键的伸缩振动吸收峰（1662 cm−1）和C—N伸缩振动峰（1543 cm−1），表明通过界面聚合在支撑膜表面成功复合上聚酰胺分离层。不仅如此，反渗透复合膜表面的红外谱图上还出现1489 cm−1和1246 cm−1的聚砜特征峰。这是因为，当ATR-FTIR波数小于2000 cm−1时，红外的穿透深度大于300 nm，而聚酰胺分离层厚度一般小于300 nm，因此反渗透复合膜的红外谱图上会包含聚砜支撑层及聚酰胺分离层的特征峰[23]。实验通过分析不同复合膜在 1662 cm−1处的酰胺键伸缩振动峰的峰面积（A）来表征分离层厚度，红外吸收峰面积与分离层厚度呈正比[23-24]。如图6所示，根据复合膜在1662 cm−1处峰面积的大小，可以看出PA/PSf-12和PA/PSf-15复合膜的聚酰胺分离层厚度明显大于PA/PSf-18和PA/PSf-21复合膜。

图5 不同聚砜浓度制备的支撑膜纯水通量及牛血清蛋白截留率Fig. 5 Pure water flux and BSA rejection of substrates made of different PSf concentrations

图6 反渗透复合膜的红外光谱图Fig.6 ATR-IR spectra of polyamide RO membranes made over different substrates

实验采用XPS分析反渗透复合膜的表面元素组成。复合反渗透膜聚酰胺分离层主要由全交联部分（C18H12N3O3，相对比例为n）和全线性部分(C15H10N2O4，相对比例为1−n)组成，n即为聚酰胺分离层的交联度，n值越大说明聚酰胺分离层交联度越高。此外，由聚酰胺分子式还可发现全交联结构和全线性结构的O/N比分别为1.0和2.0，O/N比越接近1.0，表明活性分离层的交联度越大；O/N比越接近2.0，交联度则越小[25]。膜表面元素含量如表3所示，相应计算得到的O/N比值比较接近，说明聚酰胺分离层的交联度比较接近。为了进一步分析分离层的交联度变化，可根据式（3）、式（4）和式（5）计算聚酰胺分离层的交联度，取平均后得到平均交联度n。由表可知，随着支撑膜中聚砜浓度的增加，聚酰胺分离层的交联度在0.35～0.59范围内，其中PA/PSf-21膜的交联度最小。

表3 反渗透复合膜表面的XPS元素分析Table 3 XPS analysis results of skin layer of TFC RO membranes

以上表征结果表明在不同支撑膜上制备的聚酰胺分离层的组成和厚度有明显差别。由于界面聚合反应条件完全一致，因此聚酰胺分离层结构的不同主要是由支撑膜结构上的差别引起。随着聚砜浓度的增加，支撑膜表面孔径、表面孔隙率以及表面浸润性的变化可能会对界面聚合过程产生影响[9,26-27]。首先，由红外分析可知，PA/PSf-12和PA/PSf-15复合膜的聚酰胺分离层厚度要大于PA/PSf-18和PA/PSf-21复合膜。这主要是由于相比支撑膜PSf-18和PSf-21，支撑膜PSf-12和PSf-15的表面孔径较大，容易被水相溶液润湿，这使得更多的水相单体会扩散至支撑膜PSf-12和PSf-15的膜孔中，从而在界面聚合过程中，有机相单体更倾向于在膜孔中与水相单体发生聚合反应生成聚酰胺[9,26]。其次，支撑膜表面的孔径和孔隙率会影响反应界面的单体浓度以及扩散速率，进而影响界面聚合反应速度，改变聚酰胺分离层的交联度。由XPS的测试结果可知，PA/PSf-21膜的聚酰胺分离层的交联度较低，这可能是由于支撑膜PSF-21的表面孔径及孔隙率较小，使得水相单体在支撑膜表面及膜孔中保存量较少，导致界面聚合时水相单体供应不足，不利于聚酰胺分离层交联度的提高。此外，支撑膜的表面孔径及孔隙率也会影响聚酰胺分离层在支撑膜中的嵌入程度。对于复合反渗透膜，聚酰胺分离层在支撑膜中的嵌入一方面有利于提升分离层的稳定性，另一方面可能会增加复合膜的渗透阻力，降低复合膜的渗透性能。对于孔径较大的支撑膜，界面聚合过程中，有机相单体更容易扩散至膜孔内进行反应，在膜孔中形成更多聚酰胺，导致聚酰胺分离层在支撑膜中的嵌入程度加深，如图7所示。从图2可以看出，相比支撑膜PSf-12、PSf-15及PSf-18，支撑膜PSf-21的表面孔径较小，分布在5～30 nm，因此相应制备的复合膜PA/PSf-21的聚酰胺分离层的嵌入程度较弱。

2.2.2 反渗透复合膜的聚酰胺分离层的形貌及亲水性 实验采用SEM对复合膜的表面形貌进行表征。如图8所示，不同支撑膜上制备的复合膜表面均呈现典型的峰谷形貌，膜面包含小尺寸的环状结构及大尺寸的叶状结构，较支撑膜表面更粗糙。上述结果表明支撑膜表面均已成功界面聚合上聚酰胺皮层。此外，实验对支撑膜及相应的反渗透复合膜的断面结构进行了扫描电镜观测。如图9所示，支撑膜PSf-15的上表面为较致密的海绵状结构，而复合膜PA/PSf-15的上表面扫描电镜显示出一层具有峰谷形貌的聚酰胺皮层，其与支撑膜紧密结合，厚度约为240 nm。

图7 膜表面孔径对界面聚合制备聚酰胺分离层的影响Fig.7 Influence of surface pore size of substrates on polyamide layer formed by interfacial polymerization

图8 反渗透复合膜的表面扫描电镜图Fig.8 SEM images of surface morphologies of polyamide RO membranes

图9 支撑膜PSf-15与复合反渗透膜PA/PSf-15的断面扫描电镜照片Fig.9 Cross-section SEM images of PSf-15 substrate and PA/PSf-15 composite RO membrane

实验对不同支撑膜制备的反渗透复合膜表面进行接触角测试，结果如图10所示。PA/PSf-12、PA/PSf-15和PA/PSf-21的表面接触角均略低于PA/PSf-18。聚酰胺皮层由交联部分和线性部分组成。线性部分含有羧酸基团，交联度越高，羧酸基团含量越少，膜表面亲水性越差[28]。由XPS分析结果可知PA/PSf-18皮层交联度最高，因此其表面的羧酸基团较少，导致其表面接触角值最大。

图10 反渗透复合膜的表面接触角Fig. 10 Contact angles of polyamide RO membranes

2.2.3 反渗透复合膜的性能测试 不同支撑膜制备的反渗透复合膜的渗透选择性能测试结果如图11所示。从图中可以看出，随着聚砜浓度的增加，反渗透复合膜的通量先减少后增加，而NaCl截留率先增加后减小。PA/PSf-12，PA/PSf-15，PA/PSf-18及PA/PSf-21的通量分别为 43.8，38.5，35.2和42.3 L·m−2·h−1，而NaCl截留率则分别为97.5%，97.7%，98.0%和96.4%。其中PA/PSf-18的通量最小，而截留率最大。

反渗透复合膜的性能与聚酰胺分离层的形貌结构直接相关。一般认为，复合膜的通量与分离层的交联度呈正相关，与分离层厚度呈负相关。复合膜的截留率则主要由分离层的交联度决定。由图11可知，随着支撑膜表面孔径的逐渐变小，复合膜的通量呈现先降低后增加的趋势。这主要是由复合膜聚酰胺分离层交联度的变化引起。其中，PA/PSf-18复合膜的分离层较薄，但其交联度较大，这大大增加了膜的扩散阻力，导致通量较低。此外，聚酰胺分离层在支撑膜中的嵌入程度也可能会对复合膜的渗透选择性能产生影响。由图11可知，PA/PSf-21具有较高的通量，这可能是因为复合膜PA/PSf-21的聚酰胺分离层在支撑膜中的嵌入程度较弱，相应地其扩散阻力较小。由2.1.3可知，PSf-15和PSf-18支撑膜的耐压性能较为接近。综合考虑支撑膜耐压性能以及复合膜的渗透选择性能，聚砜浓度为15%制备的海绵状结构支撑膜为较适宜的反渗透膜支撑层。

图11 复合膜渗透选择性能Fig.11 Flux and salt rejection of TFC RO membranes

3 结 论

（1）采用浸没沉淀相转化法制备一系列海绵状结构聚砜支撑膜。随着聚砜浓度的增加，聚砜支撑膜的表面孔径、表面孔隙率以及整体孔隙率下降，断面结构变致密，耐压性增强，纯水通量下降。

（2）采用界面聚合法在不同聚砜支撑膜上制备反渗透复合膜。支撑膜表面结构和性质影响着聚酰胺分离层的厚度及交联度，进而影响复合膜的渗透选择性能。综合考虑，以聚砜浓度为15%制备的海绵状支撑膜更适于作为制备反渗透复合膜的支撑层。

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Investigation of sponge-like substrates for preparation of reverse osmosis composite membranes

ZHU Shu，ZHAO Song，WANG Zhi，TIAN Xinxia，SHI Mengqi，WANG Jixiao
(Tianjin Key Laboratory of Membrane Science and Desalination Technology,State Key Laboratory of Chemical Engineering,Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin),Chemical Engineering Research Center,School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin300072,China)

A series of sponge-like polysulfone substrates were fabricated by adjusting the content of PSf and water in the casting solutions. Then, the polyamide reverse osmosis composite membranes were preparedviainterfacial polymerization between m-phenylenediamine and trimethyl chloride over the polysulfone substrates. The resulting substrates and reverse osmosis membranes were characterized to investigate the influence of the polysulfone concentration on the substrates properties and the effect of the substrates properties on the polyamide reverse osmosis membranes. The results showed that with increasing PSf concentration, the average surface pore size and porosity of the substrates decreased, and the resistance ability to compaction enhanced. Besides, the reverse osmosis composite membranes prepared by using different PSf substrates showed different flux and salt rejection. Considering the properties of the substrates and the polyamide reverse osmosis composite membranes, sponge-like substrate by using 15%(mass) polysulfone concentration was suitable for the preparation of reverse osmosis composite membrane.

membrane；sponge-like；substrates；polysulfone；reverse osmosis

ZHAO Song, songzhao@tju.edu.cn

10.11949/j.issn.0438-1157.20150161

TQ 028.8

：A

：0438—1157（2015）10—3991—09

2015-02-02收到初稿，2015-06-14收到修改稿。

联系人：赵颂。

：朱姝（1990—），女，硕士研究生。

国家自然科学基金项目（21276176，21306130）。

Received date: 2015-02-02.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21276176, 21306130).