压力驱动膜是指在传质过程中,以压力为推动力,使溶质颗粒(或分子)较大的物质被截留、颗粒(或分子)较小的物质通过膜孔,实现浓缩、纯化、分离和富集目的的选择透过性膜。它包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜四种。近年来,随着压力驱动膜在水处理等领域的日益广泛应用,对膜的性能如渗透性、选择性、抗污染性、化学及热稳定性等也提出了更高的要求,传统的膜材料越来越难以满足实际应用的需求。因此研究开发新的具备多种综合性能的膜产品或膜材料成为近年来的研究热点。为了探索和开发新的、性能更佳的膜,人们结合有机材料和无机材料各自的优点,从而制备有机-无机杂化膜,并得到单一膜材料原先所没有的综合性能。这其中的关键和挑战是无机材料在聚合物膜基体中的分散性和无机材料与聚合物两相之间的相容性。本论文采用多种具有独特形貌及性质的无机纳米材料,建立有效的无机粒子-聚合物间的相互作用,促进无机粒子在聚合物相的分散性和无机-有机两相间的相容性,以制备高性能的有机-无机杂化超滤/纳滤膜。在优化膜制备参数的同时,深入探讨了无机纳米粒子的结构形貌、含量及其基团改性等对膜性能的影响。论文共包括五章。第一章是绪论,即全文的引言。简要的介绍了压力驱动膜的制备、表征和分离机理,然后对压力驱动膜的杂化改性方法和现状进行了概括。最后提出本论文的研究思路和主要工作。第二章,利用碳纳米管对超滤/纳滤膜进行改性研究,包括两个部分内容。(1)将羧基化的多壁碳纳米管(MWNTs)负载到溴化聚苯醚(BPPO)基体中,通过三乙醇胺(TEOA)调节MWNTs在铸膜液体系中的分散性及成膜结构,制得了一系列MWNTs/BPPOqua杂化超滤膜。并研究了碳管浓度、TEOA含量对膜性能及形貌的影响。结果表明,在体系中添加适量的MWNTs和TEOA,可制得渗透通量高且选择性好的MWNTs/BPPOqua杂化超滤膜。(2)发展了一种界面聚合新工艺,即两步界面聚合法,成功的将MWNTs负载到复合膜的聚酯功能皮层里,制得MWNTs/聚酯复合杂化纳滤膜。该工艺操作简便,所制备的TFN膜的渗透性和选择性都显著的提高。通过对该工艺的制备参数进行优化,我们还探讨了水相溶液中碳管浓度、表面活性剂种类和两步界面聚合的反应时间对膜性能的影响。结果表明通过添加适量的碳管、合适的表面活性剂和恰当的反应时间,可获得同时具有高通量和截留率的性能优化的TFN膜。此外,我们还对TFN膜对不同浓度料液、不同pH料液的分离性能及长期使用稳定性进行了考察。第三章,利用二氧化硅对超滤/纳滤膜进行改性研究,包括两个部分内容。(1)首先对介孔硅球进行了氨基改性,并通过界面聚合法制备了介孔硅球(mMSN)/聚酰胺(PA)复合杂化膜(TFN)。所使用的介孔硅球经氨基改性后能与油相单体均苯三甲酰氯(TMC)反应,从而在界面聚合过程中以化学键形式负载到TFN膜功能皮层上。我们研究了水相中硅球的浓度对膜性能的影响,结果表明当添加适量的硅球于水相中时,TFN膜的水渗透速率显著提高,而截留率仍能保持较高的水平,且该膜展示了良好的抗污染性能和长期使用稳定性。此外,还探讨了硅球粒子结构对膜性能的影响,发现孔径适当的氨基改性的介孔硅球最有利于TFN膜性能的优化。(2)制备了介孔中空硅球(IMSS),并将其引入到溴化聚苯醚(BPPO)基体中,通过三乙醇胺(TEOA)调节有机、无机两相的相容性,制备了一系列的HMSS/BPPO杂化膜。该体系中,所使用的三乙醇胺(TEOA)不仅作为聚合物基体BPPO季铵化试剂,且能与表面带有很多-OH基团的HMSS产生氢键相互作用,从而有利于HMSS与聚合物两相的相容性。我们研究了HMSS含量对膜的性能及形貌的影响,结果表明添加适量的HMSS到膜中,杂化膜的水通量显著提高,约为纯聚合物膜的两倍之多,且对卵白蛋白的截留率仍能保持高达90%以上。通过研究硅球粒子的结构对膜性能的影响,发现负载壁厚尺寸适中的HMSS的杂化膜的综合性能最好。第四章中,利用其它三种形貌和性质各不相同的材料对超滤／纳滤膜进行改性研究。(1)首先制备了二氧化硅-氧化石墨烯(SiO2-GO)粒子。该粒子结构中,小尺寸的Si02密集均匀的分散在GO基体上,能减少GO片层之间的相互作用力,有利于SiO2-GO粒子的亲水性和在聚合物基体中的分散性。然后将该SiO2-GO粒子引入到聚砜(PSf)聚合物基体中,通过相转化法制备了SiO2-GO/PSf杂化超滤膜。通过比较含有不同无机粒子(SiO2、GO、SiO2-GO)的杂化膜的性能,发现SiO2-GO/PSf杂化膜的水通量、截留率、亲水性、抗污染性能方面的优势明显。此外,我们还探讨了SiO2-GO粒子含量对膜性能及形貌的影响,结果发现添加适量的SiO2-GO (0.3wt%)能显著增加膜的水通量,同时仍能保持对卵白蛋白的高截留率。(2)为了提高膜的分离性能及抗生物污染性能,我们用银-二氧化硅(Ag-SiO2)粒子来改性聚砜(PSf)基体,通过相转化法制备了Ag-SiO2/PSf杂化膜。在Ag-SiO2粒子结构中,具有抗菌性的Ag能以极微小尺寸均匀密集的负载在二氧化硅球上,克服了小尺寸纳米颗粒容易团聚的问题。然后研究了Ag-SiO2纳米粒子的含量对膜的性能及形貌的影响,结果表明添加适量的Ag-SiO2粒子能显著增加膜的水渗透性,同时仍能保持对卵白蛋白的高截留率。并且Ag-SiO2/PSf杂化膜具有优异的抗菌性。(3)环糊精(β-CD)具有独特的空腔结构,是一种亲水性的有机小分子,有助于克服杂化膜中两相相容性的问题。因而我们用原位界面聚合法将环糊精(β-CD)引入聚酯功能皮层,制备了β-CD/聚酯复合纳滤(NF)膜。然后探讨了β-CD的浓度及侧基对NF膜的形貌、分离和抗污染性能的影响。实验结果表明当β-CD在水相中的浓度为1.8%(w/v)时,NF膜的水通量高达纯聚酯膜的近两倍,同时对硫酸钠的截留率仍能保持较高的水平。此外,β-CD/聚酯纳滤膜在抗污染性能上也有显著的提高。与商业化NF膜相比,β-CD/聚酯膜显示了良好的综合性能。第五章为全文总结及工作展望。本论文的主要工作是利用无机材料对超滤/纳滤膜进行改性研究。通过对前面的实验结果的分析及总结,得出规律,对有机-无机杂化膜制备具有重要意义。另外,我们认为无机材料对离子交换膜的杂化改性也具有很重要的研究意义和良好的应用前景。