文章重要内容

     针对传统界面聚合反应可控性差、相应聚酰胺薄层复合膜结构和性能难以优化的问题，浙江大学徐志康教授团队报道了一种以锂盐为添加剂调控界面聚合制备高性能聚酰胺薄层复合纳滤膜的策略。通过在胺类单体水溶液中添加氯化锂，有效降低了聚酰胺分离层的调和酰胺键密度，而未明显影响其表面形貌、化学组成、表面亲水性及荷电性，从而在保证纳滤膜对Na₂SO₄高截留性能的同时提升了其水通量。此外，所制备的纳滤膜展现出了优异的耐压性、较宽的处理料液浓度范围以及较好的长期运行稳定性。

文章背景

     胺和酰氯在有机-水界面聚合而成的聚酰胺薄层复合纳滤膜因制备工艺简便、操作条件温和、分离性能优异而在生产生活中的诸多分离领域展现出良好的应用价值。然而，传统的界面聚合反应速率过快、可控性差，限制了膜结构的有效调控和分离性能的进一步提升。利用易得、环保、容易分散的无机盐添加剂调控界面聚合是制备高性能聚酰胺薄层复合纳滤膜的常用手段。然而，无机盐添加剂对纳滤膜结构与性能的影响作用众说纷纭，缺乏定论，影响了该方法的进一步发展。

文章概述

     为了厘清无机盐添加剂对膜结构的作用效果并发展一种高性能纳滤膜制备策略，浙江大学徐志康教授团队以界面聚合中最典型的无机盐添加剂之一氯化锂作为研究对象，将其引入经典的哌嗪-均苯三甲酰氯界面聚合体系(图1)，系统分析了该添加剂对所制备的聚酰胺分离层结构和纳滤膜性能的影响。

图1 氯化锂添加的界面聚合法制备聚酰胺薄层复合纳滤膜示意图

     结构表征显示，氯化锂的加入，降低了聚酰胺分离层调和酰胺键的密度，使其孔径从0.51 nm增加到0.59 nm(图2)，而其表面形貌、化学结构、表面亲水性及荷电性未受明显影响，这为纳滤膜获得更高水通量和优异截留性能奠定了基础。

图2 哌嗪溶液中添加不同浓度的氯化锂对聚酰胺纳滤膜孔径分布的影响

     纳滤膜分离性能评价结果显示，随着哌嗪水溶液中氯化锂浓度的提高，所制备纳滤膜的水通量呈现上升趋势，而对Na₂SO₄的截留率保持在95%以上(图3)。这一结果得益于聚酰胺分离层孔径稍稍增大的同时化学结构、表面形貌、表面亲水性及荷电性等其他结构与性质保持不变。在1.25 g·L^-1氯化锂添加、1.0 g·L^-1 哌嗪浓度的最优制膜条件下，所得纳滤膜对Na₂SO₄的截留率保持在98.8%以上，同时水通量达216 L·m^-2·h^-1·MPa^-1，相比无氯化锂添加的对照组提高约17%。

图3 哌嗪浓度和氯化锂添加对聚酰胺纳滤膜性能的影响

图4 (a) 操作压力和(b)盐浓度对膜性能的影响，(c) 120 小时的稳定性测试，料液为1.0 g/L Na₂SO₄。

文章总结

      本研究报道了一种基于氯化锂调控界面聚合制备的高性能聚酰胺薄层复合纳滤膜的方法，并揭示了氯化锂添加剂对膜结构与性能的影响作用。通过在哌嗪溶液中添加1.25 g·L^-1氯化锂，界面聚合反应生成的聚酰胺分离层的孔径由0.51 nm增大至0.59 nm，同时膜的化学结构、形貌、亲水性及荷电性保持基本不变，从而在不牺牲高盐截留率(~ 99%)的前提下，显著提高了水通量，达到了216 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。此外，该纳滤膜在不同测试压力、料液浓度和长期运行条件下均展现出卓越的性能稳定性，证明了其在实际水处理应用中的潜力和可靠性。本研究为利用无机盐添加剂优化纳滤膜结构与性能提供了借鉴，有望推动高性能纳滤膜的制备向更高效和更环保的方向发展。

  上述工作以研究论文形式在《高分子学报》2024年印刷出版，通信联系人是浙江大学徐志康教授。

引用本文：

徐知源, 朱城业, 徐志康.

基于LiCl调控界面聚合的聚酰胺薄层复合纳滤膜制备与性能研究.

高分子学报,2024,10.11777/j.issn1000-3304.2024.24054

Xu, Z. Y.; Zhu, C. Y.; Xu, Z. K.

Tailoring properties and performance of polyamide composite nanofiltration membranes by LiCl-added interfacial polymerization.

Acta Polymerica Sinica,2024,10.11777/j.issn1000-3304.2024.24054

原文链接：http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24054&lang=zh