基于接枝聚合的抗污染易清洗复合陶瓷膜制备及其性能

面向饮用水处理，以控制天然有机物(NOM)对陶瓷膜的吸附污染为核心，选择丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺等单体，研究采用偶联改性和接枝聚合来制备复合陶瓷膜的技术路线；探索接枝条件和聚合物结构对复合膜抗污染和易清洗性能的影响；制备出具有抗污染、易清洗性能的复合陶瓷膜；研究复合膜的抗污染和清洗机理并对复合陶瓷膜处理饮用水工艺过程进行考察优化。.项目的意义在于，从陶瓷膜材料的改性来实现对膜污染的源头控制，是一种更主动的膜污染控制技术。提出了易清洁膜的概念，利用环境敏感材料接枝链的伸缩变化特性，减弱污染物与膜的结合力，实现温和条件下的膜清洗来恢复膜性能，对降低膜应用过程成本、保护环境具有重要意义。陶瓷膜材料的表面接枝改性，也为进一步增加陶瓷膜的品种、扩大陶瓷膜选择范围、提高应用的针对性提供新的思路和方法。

膜污染及其控制一直是膜分离技术研究的重要内容。本项目面向饮用水中天然有机物（NOM）去除以及蛋白质分离，以控制天然有机物及蛋白质对陶瓷膜的吸附污染为核心，开展了抗污染易清洗复合陶瓷膜的制备及其性能研究。. 首先以片状Al2O3陶瓷膜为基膜，通过硅烷化改性，以丙烯酸（AA）为单体，采用化学接枝制备了具有pH敏感性能的PAA-g-Al2O3复合膜；再以ZrO2管式陶瓷膜为基膜，制备了具有良好pH敏感性的PAA-g-ZrO2复合膜。进一步系统考察了PAA-g-ZrO2复合膜对牛血清蛋白(BSA)的分离性能和污染机理，结果表明，接枝后复合膜的不可逆污染得到了显著减少，显示良好的对BSA的抗污染性；弱酸溶液可有效去除膜表面吸附的BSA分子，表现了一定的易清洗性能。. 以管式ZrO2陶瓷膜为基膜，N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）为接枝功能单体，制备了具有温度响应特性的PNIPAAm-g-ZrO2复合膜；系统考察该复合膜在BSA分离中的分离性能与抗污染能力，结果显示，复合膜在25℃/35℃交替水力清洗条件下的通量恢复率要高于分别在25℃和35℃清洗的通量恢复率，平均恢复率达到80%，实现了利用温度敏感材料接枝链的伸缩变化特性来达到复合膜的易清洗性。进一步考察了该复合膜在NOM分离中的有关性能，实验表明，复合膜过滤NOM溶液的通量衰减率低于ZrO2膜的20%以上，简单的交替变温水力清洗可使污染后复合膜的通量恢复率高于ZrO2膜的40%以上，证明复合膜相对ZrO2膜具有良好的抗NOM污染能力，并同样表现了易清洗性。. 通过项目研究，制备了具有抗污染、易清洗性能的温度敏感和pH敏感复合陶瓷膜；阐明了复合膜的抗污染和清洗机理，提出了易清洁膜的概念，实现了利用环境敏感材料接枝链的伸缩变化特性，减弱污染物与膜的结合力，从而在温和条件下的膜清洗来恢复膜性能。. 按照项目计划顺利完成研究工作，已发表学术论文6篇（含已录用），其中SCI论文5篇，另有3篇英文文章已投稿，申请国家发明专利1项，培养了2 名硕士研究生，达到了预期目标。