高通量氯化聚氯乙烯复合超滤膜和强化抗污染性能

四川大学刘百仓教授团队 近期发表题为 “以三元两亲性共聚物作为锚定剂制备高通量氯化聚氯乙烯复合超滤膜和强化抗污染性能” 的论文。该文章的第一作者为博士研究生陈贵靖，通讯作者为刘百仓教授。

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。