Ni纳米粒子原位杂化PES膜的制备及性能表征(2)

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理想的超滤用膜应满足3个基本要求：高选择性、高渗透量和良好的耐污染性能[5]。而通过各种材料制备出的具有较高的渗透性、良好的亲水性以及出色的化学稳定性是品质优秀的分离膜才能保证在长时间运行过程中不易受进水腐蚀或产生堵塞。其中，高聚物膜因其良好、灵活的成膜特性和低廉的价格，一直受到广泛的关注，成为膜的主要合成材料。在过去的几十年中，随着膜分离技术的快速发展，不同类型的高分子膜，如聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)等被相继开发出来，并实现了超滤膜系列产品的商业化，可以满足对不同类型物料选择性分离的需求[6]。在生产中使用的高聚物膜虽然具有化学和机械稳定性，但通常都为疏水性物质，很容易吸附有机物。这也使高聚物膜的应用也受到了较大的限制。正是由于这些高聚物膜本身的疏水特性，致使在过滤过程中容易造成堵塞——膜污染，使通量大大下降，膜是使用寿命的缩短，严重影响了超滤膜在生产中的的正常运行。虽然，我们能从选择适宜的膜材料、强化原水的预处理、优化操作参数等方面入手，在一定程度上减缓膜污染的产生速率，但很难从根本上解决这一问题。寻找新的制膜方法和制膜原料，设计并制备具有优良亲水性能、高抗污染能力的分离膜是解决膜污染，延长膜使用寿命的根本途径[7]。因此，高聚物膜的改性成为了当今研究的重点。论文网

1.1 超滤膜的亲水改性

膜污染决定了在长期运行的膜过滤系统中的膜组件是否能长期重复使用，其本质就是导致通量损失，并且清洗不能使通量恢复从而造成超滤膜的使用寿命的缩短。因此发展具有经济实惠、高通量、防污染的膜才是实现重复使用膜的最可行的方法。目前，对超滤膜的亲水改性的方法主要有膜表面改性和膜基体改性两大类。

1.1.1 膜表面改性

膜表面改性是从超滤膜出发，采用化学处理、物理吸附、表面接枝等方法对超滤膜进行改性，该技术能在不改变膜本体的结构和性质的情况下，赋予超滤膜表面更过新的性能。该方法主要包括：表面化学处理、表面复合改性、等离子体表面接枝改性、辐照接枝改性及光引发接枝改性等。

表面化学处理主要采用化学试剂来处理超滤膜以达到提高膜表面亲水性的目的，其本质就是使膜表面物质与加入的化学试剂进行化学反应，以用来引入如羟基、羧基等具有亲水性的基团。例如：Duputell D[8]以SO3/磷酸三定制络合物作为反应磺化剂，在60℃的条件下，通过非均相反应，在PVDF膜的表面引入磺酸基，通过此磺化反应使得原来的PVDF膜在对人血清蛋白的截留率保持在90%以上的条件下，膜通量显著提高。

超滤膜的表面复合改性是指通过界面聚合、涂覆等方式在膜表面引入亲水性基团。他与膜表面化学处理最大的不同点在于一般采用物理的方法。虽然此方法能在不改变原有的超滤膜的化学和机械稳定性的同时使得亲水性增加。但是这种方法有一个巨大的缺点就是膜表面的亲水层已被破坏。刘振鸿[9]等用TiO2胶体涂覆PVDF膜表面，改性后的膜表面接触角变小，亲水性明显提高。

高分子材料经Ar、NH3、CO、O2等其他得到的低温等离子处理后，与空气接触在表面形成羧基、羰基、羟基等机型集团，使得膜表面亲水性增加的方法就是等离子体表面接枝改性。例如：Steen M L [10]等利用等离子处理PES膜，使膜的氧浓度增加，通量增加，证明了改性后的PES亲水性得到了提高。

辐射接枝改性诞生于20世纪50年代[11]。辐射接枝改性是利用γ射线、电子束等高能射线作用在膜表面，使膜表面的聚合物分子链上形成自由基的活性增长点，再使基膜与功能性高分子或聚合物单体进行接枝反应，引入功能性基团和侧链，膜表面形成疏松型复合层，由于膜表面的复合层的存在使膜具有的抗污染性。当然还有光引发接枝改性，此改性与辐射接枝改性相似，但区别在于引发的条件，这里就不详细介绍了。