新型耐氧化含氟聚酰胺反渗透复合膜的研究

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反渗透被称为“21世纪的净水技术”,其核心是高性能的反渗透膜,但目前通用的聚酰胺反渗透复合膜普遍存在易氧化的缺点,严重限制了反渗透技术的应用和发展。本文基于聚酰胺反渗透膜的氧化机理,合成了一种新的功能单体2,2-二氟丙烷-1,3-二胺(DFPDA),通过界面聚合法与多元酰氯反应制备得到新型的耐氧化反渗透复合膜。2,2-二氟丙烷-1,3-二胺的合成包含三个反应过程:氟化、酰胺化和还原。以丙二酸二乙酯为起始原料,经选择性氟化试剂selectfluor氟化制得第一中间体2,2-二氟丙二酸二乙酯(DFDEM),再经氨水酰胺化制得第二中间体2,2-二氟丙二酰胺(DFMA),最后在还原剂硼烷存在下反应得到目标产物DFPDA。考察了氟化、酰胺化和还原三步反应的工艺条件对产品收率的影响,结果表明采用selectfluor为氟化试剂、氨水为酰胺化试剂均比传统的氟气氟化、氨气酰胺化工艺更安全,反应条件更温和,产品总收率最高可达53.2%。通过单次界面聚合法将功能单体多元胺DFPDA与多元酰氯CFIC反应制得了一种新型的含氟聚酰胺-氨酯反渗透复合膜材料DFPDA-CFIC,但其分离性能和耐氧化性能均不够理想。于是,采用二次界面聚合法将DFPDA与初生态聚酰胺基膜(MPD-TMC)上残余的酰氯单体或酰氯基团反应,使基膜表面形成一超薄的抗氯层TMC-DFPDA,所得二次聚合膜MPD-TMC-DFPDA其分离性能和耐氧化性能均优于DFPDA-CFIC膜。考察了成膜工艺如反应时间、热处理温度、热处理时间、单体浓度配比、乙二醇的浓度等对膜分离性能的影响,并采用SEM、AFM、XPS和ATR-FTIR对制备的反渗透膜的表面形态和化学结构进行了表征,同时与常规聚酰胺反渗透复合膜MPD-TMC进行对比。最后,采用活性氯浸泡法测试了三种反渗透膜CFIC-DFPDA、MPD-TMC和MPD-TMC-DFPDA的耐氧化性能,并通过FTIR-ATR和SEM对氯化前后三种膜的化学结构和表面形态分别进行了分析和观察。结果表明反渗透膜的耐氯性能与膜的化学结构密切相关。通过本论文的研究,获得了二次界面聚合法的制膜规律,探明了反渗透复合膜化学结构与耐氧化性能之间的关系,制得了一种耐氧化的含氟聚酰胺反渗透复合膜,为后续更高性能的反渗透复合膜的研制奠定了基础。
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