DOI: 10.1016/j.memsci.2019.117774
膜技術能夠有效、經濟、環保地處理水資源，對解決全球水資源短缺問題具有越來越重要的意義。但是，濾膜的長期使用受到結垢的限制，這會降低產水率并增加能耗。本文開發了具有改善的防污性能的聚酯薄膜納米纖維復合材料（PE TFNC）膜用于廢水處理。通過雙酚A（BPA）和均苯三甲酰氯（TMC）的界面聚合（IP）在聚砜電紡納米纖維膜（PSU ENMs）的表面上制備膜。通過改變聚合反應時間可以改善膜的防污性能。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）、孔隙率測定和Zeta電位測定對膜進行表征。通過腐殖酸（HA）滲透試驗，研究了腐殖酸的理化性質與過濾防污性能的關系。將最佳的PE TFNC膜（聚合15分鐘）與在其他載體上制備的聚酯基薄膜復合膜以及在三甲胺（TEA）存在下通過哌嗪（PIP）和TMC的IP形成的聚酰胺基薄膜復合膜進行了比較。最佳PE TFNC膜的滲透性為213.0 L/m2h.bar，比以前報道的PE薄膜復合膜大兩個數量級，HA分離系數為72.5％，不可逆結垢系數為10.2％。
圖1.通過界面聚合制備聚酯和聚酰胺薄膜復合膜的過程示意圖。
圖2.不同單體的界面聚合反應示意圖。A）雙酚A和均苯三甲酰氯反應形成聚酯（PE），B）哌嗪和均苯三甲酰氯在酸性受體三乙胺存在下形成聚酰胺（PA）。
圖3.聚合反應時間對聚酯薄膜納米纖維復合膜形態結構的影響。A）在X1500倍放大下的掃描電鏡表面圖像，B）未改性支撐膜（ENM1）和反應時間為5 min（PE TFNC1_5）、10 min（PE TFNC1_10）、15 min（PE TFNC1_15）和20 min（PE TFNC1_20）的表面改性PE-TFNC膜的平均孔徑（df），C）歸一化微分（DFF）和累積孔徑（CFF）分布，以及D）FTIR光譜。通過BPA和TMC反應制備PE TFNC膜，如圖2A所示。
圖4.聚合反應時間對聚酯薄膜-納米纖維復合膜鍵合及鍵合比的影響。A）峰下面積1720 cm-1對應于-C=O官能團（即CO鍵合），B）峰下面積3355 cm-1對應于-OH官能團（即OH鍵合），C）這兩個官能團（即OH/CO）的面積鍵合比。
圖5.聚合反應時間對聚酯薄膜納米纖維復合膜過濾性能的影響。A）腐殖酸滲透通量（JHA）和B）分離因子（α）隨未改性支撐膜（ENM1）和反應時間為5 min（PE TFNC1_5）、10 min（PE TFNC1_10）、15 min（PE TFNC1_15）和20 min（PE TFNC1_20）的表面改性PE-TFNC膜過濾時間的變化。C）在pH 11和105 pa跨膜壓力下，用15 mg/L HA進料水溶液進行過濾試驗后，膜的不可逆污染因子（FRW）和D）照片。
圖6.支撐膜對聚酯薄膜復合膜形態結構的影響。A） 在X1500倍放大下的SEM表面圖像，B）未改性支撐膜（ENM1、ENM2、PES）和表面改性膜（分別為PE TFNC1_15、PE TFNC2_15、PE TFC_15）的平均孔徑（df）、C）歸一化微分（DFF）和累積孔徑（CFF）分布，以及D）FTIR光譜。如圖2A所示，所有的膜都用反應15 min的BPA和TMC制備。
圖7.支撐膜對聚酯薄膜復合膜過濾性能的影響。A） 腐殖酸滲透通量（JHA）和B）分離因子（α）隨未改性支撐膜（ENM1、ENM2、PES）和表面改性膜（分別為PE TFNC1_15、PE TFNC2_15、PE TFC_15）過濾時間的變化。C）在pH 11和105 pa跨膜壓力下，用15 mg/L HA水溶液進行過濾試驗后，膜的性能指數（PI）和D）照片。
圖8.不同載體上聚酰胺薄膜復合膜的形態結構特征。A）在X1500倍放大下的SEM表面圖像，B）未改性支撐膜（ENM1，PES）及其相應表面改性膜（PA TFNC1_5、PA TFC_5）的平均孔徑（df），C）歸一化微分（DFF）和累積孔徑（CFF）分布，以及D）FTIR光譜。如圖2B所示，在酸受體TEA存在下，用反應5 min 的PIP和TMC制備PA TFC膜。
圖9.不同載體上聚酯和聚酰胺薄膜復合膜過濾性能的比較。A）腐殖酸滲透通量（JHA）和B）分離系數（α）隨未改性支撐膜（ENM1、PES）及其各自表面改性聚酯（PE TFNC1_15、PE TFC_15）和聚酰胺（PA TFNC1_5、PA TFC_5）TFC膜過濾時間的變化。C）在pH 11和105 pa跨膜壓力下，使用15 mg/L HA進料水溶液進行過濾試驗后，膜的性能指數（PI）和D）照片。
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