DOI: 10.1016/j.memsci.2019.117774
膜技术能够有效、经济、环保地处理水资源，对解决全球水资源短缺问题具有越来越重要的意义。但是，滤膜的长期使用受到结垢的限制，这会降低产水率并增加能耗。本文开发了具有改善的防污性能的聚酯薄膜纳米纤维复合材料（PE TFNC）膜用于废水处理。通过双酚A（BPA）和均苯三甲酰氯（TMC）的界面聚合（IP）在聚砜电纺纳米纤维膜（PSU ENMs）的表面上制备膜。通过改变聚合反应时间可以改善膜的防污性能。采用扫描电子显微镜（SEM）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、孔隙率测定和Zeta电位测定对膜进行表征。通过腐殖酸（HA）渗透试验，研究了腐殖酸的理化性质与过滤防污性能的关系。将最佳的PE TFNC膜（聚合15分钟）与在其他载体上制备的聚酯基薄膜复合膜以及在三甲胺（TEA）存在下通过哌嗪（PIP）和TMC的IP形成的聚酰胺基薄膜复合膜进行了比较。最佳PE TFNC膜的渗透性为213.0 L/m2h.bar，比以前报道的PE薄膜复合膜大两个数量级，HA分离系数为72.5％，不可逆结垢系数为10.2％。
图1.通过界面聚合制备聚酯和聚酰胺薄膜复合膜的过程示意图。
图2.不同单体的界面聚合反应示意图。A）双酚A和均苯三甲酰氯反应形成聚酯（PE），B）哌嗪和均苯三甲酰氯在酸性受体三乙胺存在下形成聚酰胺（PA）。
图3.聚合反应时间对聚酯薄膜纳米纤维复合膜形态结构的影响。A）在X1500倍放大下的扫描电镜表面图像，B）未改性支撑膜（ENM1）和反应时间为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膜的平均孔径（df），C）归一化微分（DFF）和累积孔径（CFF）分布，以及D）FTIR光谱。通过BPA和TMC反应制备PE TFNC膜，如图2A所示。
图4.聚合反应时间对聚酯薄膜-纳米纤维复合膜键合及键合比的影响。A）峰下面积1720 cm-1对应于-C=O官能团（即CO键合），B）峰下面积3355 cm-1对应于-OH官能团（即OH键合），C）这两个官能团（即OH/CO）的面积键合比。
图5.聚合反应时间对聚酯薄膜纳米纤维复合膜过滤性能的影响。A）腐殖酸渗透通量（JHA）和B）分离因子（α）随未改性支撑膜（ENM1）和反应时间为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膜过滤时间的变化。C）在pH 11和105 pa跨膜压力下，用15 mg/L HA进料水溶液进行过滤试验后，膜的不可逆污染因子（FRW）和D）照片。
图6.支撑膜对聚酯薄膜复合膜形态结构的影响。A） 在X1500倍放大下的SEM表面图像，B）未改性支撑膜（ENM1、ENM2、PES）和表面改性膜（分别为PE TFNC1_15、PE TFNC2_15、PE TFC_15）的平均孔径（df）、C）归一化微分（DFF）和累积孔径（CFF）分布，以及D）FTIR光谱。如图2A所示，所有的膜都用反应15 min的BPA和TMC制备。
图7.支撑膜对聚酯薄膜复合膜过滤性能的影响。A） 腐殖酸渗透通量（JHA）和B）分离因子（α）随未改性支撑膜（ENM1、ENM2、PES）和表面改性膜（分别为PE TFNC1_15、PE TFNC2_15、PE TFC_15）过滤时间的变化。C）在pH 11和105 pa跨膜压力下，用15 mg/L HA水溶液进行过滤试验后，膜的性能指数（PI）和D）照片。
图8.不同载体上聚酰胺薄膜复合膜的形态结构特征。A）在X1500倍放大下的SEM表面图像，B）未改性支撑膜（ENM1，PES）及其相应表面改性膜（PA TFNC1_5、PA TFC_5）的平均孔径（df），C）归一化微分（DFF）和累积孔径（CFF）分布，以及D）FTIR光谱。如图2B所示，在酸受体TEA存在下，用反应5 min 的PIP和TMC制备PA TFC膜。
图9.不同载体上聚酯和聚酰胺薄膜复合膜过滤性能的比较。A）腐殖酸渗透通量（JHA）和B）分离系数（α）随未改性支撑膜（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膜过滤时间的变化。C）在pH 11和105 pa跨膜压力下，使用15 mg/L HA进料水溶液进行过滤试验后，膜的性能指数（PI）和D）照片。
