基于聚醚砜复合纳滤膜（TFC）的制备及性能研究(2)
纳滤膜的研究最早可以追溯到20世纪70年代末，美国的J. E. Cadotte对 NS-300膜的研究。对纳滤膜比较清晰的划分最早开始于Filmtec公司将膜孔的尺寸在1 nm左右的膜称为纳滤膜。我国的纳滤膜研究始于20世纪90年代，现在致力于研究纳滤膜的单位主要有中科院、国家海洋局水处理中心、浙江大学、天津工业大学等，但是仍然处于实验室研究阶段。目前国内使用的纳滤膜也大都为国外进口，这类产品操作压力普遍较高，能耗大，多数操作压力在0.7-1.5 MPa，有的甚至高于1.5 MPa，例如日本日东电工的NTR-7250系列产品操作压力需要2.0 MPa。因此，如何通过方法、材料的合理选择、工艺的优化使膜结构得到控制从而制备出低压（0.6 MPa）甚至超低压（< 0.3 MPa）的纳滤膜产品，以降低能耗是目前纳滤膜研究方向之一。
一般来说，良好的纳滤膜材料应该具有以下优点：
（1）较高的通量和脱除率；
（2）良好的化学稳定性，耐水解，耐化学清洗；
（3）良好的机械稳定性；
（4）良好的耐污染性能。
按材料类型来分，有无机膜材料和有机膜材料两大类，其中无机膜材料主要有陶瓷膜[3]，金属氧化物膜[5]等。有机聚合物膜是目前纳滤膜中商业化程度最高的，其中主要有醋酸纤文素[6]和聚酰胺[7]、荷电高聚物（聚砜类等）三大类。此外，有机制膜材料还有聚乙烯醇[8]，聚偏氟乙烯[9]，以及在聚砜基础上发展起来的磺化聚砜[10,11]，磺化聚醚砜[12]和聚哌嗪酰胺[13]类并且还有近期成为研究热点的壳聚糖[14]和磺化聚醚砜酮[15]类。
表1.1 常见纳滤膜用高分子膜材料
种类 材料 优点 缺点
纤文素类 CA、CTA 价格便宜，亲水性好、膜分离透过性好 pH使用范围窄（4~8）、耐压性差、易被生物侵蚀
聚砜类 PSF、PES 耐酸碱、优异的抗蠕变性能 耐有机溶剂性差
聚酰胺类 APA、APAH 耐高压、分离透过性好 耐氯性差，pH使用范围较窄（4~11）
聚酰亚胺类 PI、PEI 耐溶剂、耐压性好 溶解性差，成本较高
聚烯烃类 PVA、PAN 价格便宜 易于蛋白质结合，易受污染
含氟高分子类 PVDF、PTFE 耐温、耐酸碱 机械性能较差
高性能纳滤膜的核心，首先是选择合适的膜材料，膜材料本身制约了所能选用的制膜方法、所能得到的膜的形态及所能适用的分离原理。根据选用的膜材料考虑其机械稳定性、热稳定性、化学稳定性、水解稳定性及抗污染能力，找到最适合的制膜方法对材料进行相应的改性，从而得到性能优越的纳滤膜[16,17]。
此外，纳滤膜制备的另一关键则是合理调节表层的疏松程度，以形成具有纳米级的表层孔。其主要制备方法有：L-S相转化法、界面聚合法、共混法、接枝改性法、荷电化法、电泳沉积法等。界面聚合是目前世界上最有效的制备纳滤膜的方法，也是工业化纳滤膜生产所采用的经典方法。聚合反应在两相溶液的界面上进行，属于非均相体系的不可逆聚合，反应具有自抑制性，有利于制备具有超薄结构的功能层，但要求单体具有很高的活性。
高从堦课题组合成了一种聚乙烯酰胺（PVAm）功能聚合物，并将其和间二苯甲酰氯单体在PES基膜表面进行界面聚合反应。所制备的复合纳滤膜（TFC）在0.6 MPa、pH为3.0-8.5的范围内对NaCl、Na2SO4、MgSO4、MgCl2等常见无机盐都有着超过60%的截留率[18]。张所波课题组则是以2,4,6-三甲基溴苯为前驱体，合成出一种新型的2,2’-4,4’-6,6’-联苯吹冰甲酰氯，将其作为有机相单体与哌嗪进行界面聚合反应。所得纳滤膜在0.4 Mpa下对Na+、Mg2+的截留率分别为59.6%、95.0%，纯水通量也高达15.3 L m-2 h-1 bar-1，体现出较好的应用潜力[19]。