高通量氯化聚氯乙烯复合超滤膜和强化抗污染性能

当 前，超滤膜已经被广泛应用于各种水处理场景，对水中悬浮物和部分溶解性有机物去除效果较好。

然而，由于原材料的固有疏水 性以及致孔性能差，导致膜的分离性能差，往往需要添加亲水改性剂和致孔剂来改善膜的亲水性、孔道结构和分离特性，这使得制膜过程会产生大量成分复杂的废水，不利于制膜工艺的绿色可持续发展。

本文将 N - 苯基马来酰胺-苯乙烯-马来酸酐 （NSM） 共聚物作为兼具亲水性 和致孔作用的改性剂，将其添加到氯化聚氯乙烯 （CPVC） 铸膜液体系中，用非溶剂致相转换法制备具有大孔结构的 NSM 复合超滤膜，并通过改变 NSM 添加量调控复合超滤膜的多孔结构、物化特性以及分离行为。

浊点三元相图结果表明NSM的添加加快了铸膜液的相分离速率，使得铸膜液表层发生瞬时相分离而形成圆孔，这与纯CPVC体系发生延迟相分离形成的双连续多孔结构明显不同，并且超滤膜断面从海绵多孔结构转变为指状多孔结构， 证明NSM具有致孔作用，这将赋予NSM复合超滤有高通量的特性 。

ATR-FTIR 和 XPS 表征分析结果表明 NSM 共聚物由于缠结效应而分布于膜表面，且酰胺和酸酐基团结构并没有水解开环，这会改善复合膜的物化特性和分离特性。

当NSM含量为20 wt%时，复合超滤膜的纯水通量是原膜的3.5倍，且对海藻酸钠（SA）和腐殖酸（HA）的截留率分别高于90%和85%。然而， 仅当NSM含量为5 wt%或10 wt%时，复合超滤膜对SA和HA的抗污染性能最优，通量恢复率高于90% 。

最后，用 XDLVO 理论探讨了复合超滤膜抗污染性能改善的原因，还考察了复合超滤膜的耐压特性。 该项工作有助于推动复合超滤膜向绿色可持续膜制备工艺方向发展。

图 1.（a）NSM 的化学结构； （b） 相分离过程中聚合物链的锚定过程示意图。

图 2. CPVC/ 添加剂 （NSM）/DMAc/ 水溶液体系浊点的三元相图。（ M0： 纯 CPVC 溶液， M1：5 wt% NSM 混合溶液， M2：10 wt% NSM 混合溶液； M3：15 wt% NSM 混合溶液， M4：20 wt% NSM 混合溶液）

图 3.（a）NSM 复合超滤膜的表面和截面形貌 SEM 图像 （M0-M4: 表面； D0-D4 和 D0-1 - D4-1: 截面） ； （b）M0 ~ M4 膜孔结构的演变。

图 4.  （a）ATR-FTIR 光谱和 （b）NSM 复合膜表面的 XPS 调查扫描光谱。 (M0:  纯 CPVC 膜,  M1: 5 wt% NSM 复合膜,  M2: 10 wt% NSM 复合膜; M3: 15 wt% NSM 复合膜， M4: 20 wt% NSM 复合膜)

图 5 . NSM 复合膜的 （a） 静态瞬时和 （b） 动态水接触角。

图 6.  NSM 复合超滤膜的纯水渗透性和污染物截留率。

图 7.  NSM 复合超滤膜的长时间渗透性能和抗污染指数。 （a） 和 （b）：20 mg/L SA 溶液； （c） 和 （d）：100 mg/L HA 溶液。

表 1  膜的表面张力参数和膜与 SA 和 HA 之间的内聚自由能

图 8.  NSM 复合超滤膜表面的 Zeta 值 （pH=6.3） 。

图 9.  (a) NSM 复合超滤膜的应力-应变曲线；( b)  不同压力下 NSM 复合超滤膜的纯水通量。