正渗透膜制备过程中膜结构的控制及膜结构与性能关系的研究

正渗透技术以低能耗、高水回收率、低膜污染和环境友好等特点正成为一种极具应用前景的脱盐技术。正渗透技术的核心是正渗透膜。但目前正渗透膜的制备研究较少，而商品化的正渗透膜仅有一家公司生产。因此，研究并制备出高性能的正渗透膜，掌握其中的规律是正渗透技术的首要问题。本研究试图通过选择不同的制膜材料、不同厚度、孔隙率、亲水性的支撑层，分别以相转化法和界面聚合法制备具有单皮层和双皮层结构的正渗透膜，研究制膜液配方、制备工艺参数对膜结构和膜性能的影响，建立膜材料和膜结构（皮层厚度、皮层结构、支撑层厚度、孔隙率、亲水性等）与膜性能（脱盐率、渗透通量）之间的关联性，为高性能正渗透膜材料的设计和制备提供理论和技术上的指导，从而推动正渗透技术的推广与应用。

本项目在三年的研究工作中开展了醋酸纤维素类和聚酰胺类正渗透膜的制备研究以及掺杂复合正渗透膜和中空纤维正渗透膜的制备研究；研究了支撑层材料性质和结构对正渗透膜性能的影响以及皮层结构形成的影响因素及其对正渗透膜性能的影响。.具体内容包括：(1) 分别以三醋酸纤维素和二醋酸纤维素以及混合纤维素为原料，通过相转化法制备了与HTI公司商品化的正渗透膜的性能相当的不对称正渗透膜。(2) 以聚砜为支持层，聚酰胺为皮层，采用界面聚合方法制备出了高性能的复合正渗透膜。(3) 以纳米TiO2为改性材料，制备了聚酰胺复合正渗透膜，研究表明，掺杂正渗透膜的水通量得到明显提高。(4) 分别以聚醚砜和聚砜中空纤维膜作为基膜，通过界面聚合制备了高性能的复合中空纤维正渗透膜。(5)分别选择了不同空隙率、亲水性、厚度的支撑层材料，采用相转化法制备了三醋酸纤维素正渗透膜，研究发现支撑材料的厚度，亲疏水性等性质共同影响所制备的膜的性能；通过考察聚酯筛网的孔径和孔隙率对成膜性能的影响，发现孔径和孔隙率并非越小越好，影响膜性能的主要因素应是支撑材料的厚度。虽然支撑材料的亲水性越好，其水传输阻力越小，水通量也越大，但研究发现亲水性好的材料作为支撑层材料与聚酰胺皮层的复合效果极差，无法达到脱盐的效果；而聚砜材料作为支撑层时能通过界面聚合制得性能良好的复合正渗透膜。(6)对于醋酸纤维素相转化法制备的正渗透膜，通过对膜结构和性能研究，发现了制膜条件对膜的皮层厚度和水通量的影响规律；而对于界面聚合方法制备的聚酰胺复合正渗透膜，研究了不同界面聚合条件对表面分离层致密程度的的影响规律；制备了双皮层正渗透膜，发现膜的水通量和截留率均有提高；双皮层一方面减小了多孔支撑层的内浓差极化现象，从而提高了跨膜的驱动力，从而提高了水通量，但同时两侧的皮层又会增加水的传质阻力，从而使得水通量的增加并不显著。.项目执行三年期间，共发表论文8篇，Ei收录4篇；申请国家发明专利2项；参加国内膜科学与技术领域的会议两次，交流会议论文3篇，参加国际膜与膜过程会议一次，交流会议墙报1篇；培养毕业硕士研究生6名，在读博士生1名，在读硕士生2名。