膜污染是反渗透水处理过程中常见的问题之一,研发耐污染反渗透膜对于提高反渗透膜应用稳定性具有重要意义。两性离子被证实是一种极具潜力的耐膜污染反渗透膜改性材料,但存在原料选择范围狭窄,改性手段对化合物官能团、反应条件和设备要求严格等缺点,不利于规模化生产。为此,本论文在两性离子耐污染机理的启示下提出在反渗透膜表面引入与两性离子具有类似荷电与水合效应的混合电荷层,以提高反渗透膜表面耐污染改性的实际应用可行性。本论文以聚乙烯亚胺(PEI)、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料,设计了一个温和的“表面胺化+迈克尔加成”两步改性法,在聚酰胺反渗透膜表面构建了局部电荷平衡的混合电荷层,制备出混合电荷层修饰的反渗透膜;以亲水性和荷电性为指标,对改性反应条件进行优化;通过表面性质和结构表征,考察了改性过程对膜结构的影响;考察不同污染物对氯化钠水溶液反渗透分离性能的影响,评价改性膜的耐污染性能,并分析了耐污染机理。结果表明,采用两步法构建的混合电荷表面改性层具有优异的耐污染性能。具体内容和结论如下:(1)“表面胺化+迈克尔加成”两步改性方法设计:首先通过酰胺化反应在原膜表面接枝PEI,为后续迈克尔加成引入氨基反应位点;其次以AMPS(阴离子)和DMC(阳离子)为原料,与氨基进行迈克尔加成反应,构建混合电荷层。表面性质和结构表征结果显示,通过两步法可成功在反渗透膜表面构建混合电荷层,且对膜结构无明显破坏作用。(2)“表面胺化+迈克尔加成”两步法条件优化:以膜表面亲水性和荷电性为评价指标,得出最佳反应条件为:酰胺化反应-PEI浓度为3wt%,反应温度为39°C,反应时间为lh;迈克尔加成反应-采用同步接枝法,AMPS/DMC总浓度为lwt%,阴阳离子配比为1:1,反应温度为29°C,反应时间为150min。优化后的膜表面呈局部电中性状态且亲水性大幅提升。(3)改性膜分离性能和耐污染性能评价:在25°C,1.6MPa的操作条件下,将改性膜用于2000mg/L氯化钠溶液的分离,结果表明:水通量略有降低,由44.8 L·m-2· h-1降为39.6 L·m-2· h-1,截留率略有提升,分离性能基本不受影响;耐氯性能无明显变化;以十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、腐植酸钠、牛血清蛋白以及溶菌酶为污染物,进行动态耐污染实验发现,单一和复合污染物条件下,改性膜均能表现出优异的耐污染性能;通量恢复实验表明改性膜经纯水清洗后具有优良的通量恢复率。(4)耐污染机理分析:膜表面污染过程中,小分子有机物受静电相互作用影响更大,也更易克服亲水壁垒,造成膜污染;不同电性蛋白质间的复合对膜污染程度基本无影响,但在污染初期,受静电吸引作用影响,具有加速膜污染形成的作用;阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠与蛋白质的复合则对膜污染存在明显的促进作用。综上所述,本论文在两性离子耐污染机理的启示下,采用“表面胺化+迈克尔加成”两步法,简单温和地在聚酰胺反渗透膜表面构建了电荷平衡的混合电荷层,不仅实现了反渗透膜耐污染性能地提升,而且克服了两性离子材料原料选择范围小、反应过程严苛复杂等不足,为开发耐污染反渗透膜提供了新思路。