探讨用于反渗透复合膜的海绵状结构支
撑膜制备研究
引言
反渗透(RO)是渗透的逆过程，它是在压力的推动下，借助半透膜
的截留作用将溶液中的溶剂与溶质分开的膜分离过程。目前，反渗透
已广泛应用于海水和苦咸水淡化、纯水制备、工业用水处理、废水处
理，以及医药、化工和食品等工业料液的处理和浓缩等过程。1978年，
Filmtech公司首先实现了以聚砜超滤膜为支撑膜，由界面聚合法制得
交联芳香族聚酰胺复合膜，并在上世纪80年代末实现工业化。商业
化反渗透复合膜大多由致密超薄分离层(约0.2mu;m)、多孔支撑层(约
50mu;m)和织物增强层(约110mu;m)组成，一般是采用界面聚合法在
多孔聚砜(PSf)支撑膜表面复合交联芳香聚酰胺(PA)超薄分离层。
界面聚合法制备反渗透复合膜是将支撑膜(通常是超滤膜)浸入含
有多元胺的水相溶液中，干燥后，将膜浸入含有多元酰氯的有机相溶
液中，多元胺和多元酰氯在支撑膜表面反应并形成致密聚酰胺分离层，
经过后处理后得到反渗透膜。因此，影响反渗透膜性能的主要因素有
支撑膜性质、界面聚合反应条件以及后处理工艺。由于聚酰胺分离层
的致密度远高于多孔支撑层，因此大多数文献报道是通过调节界面聚
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合反应条件，包括单体浓度和配比、反应温度、反应时间、pH值、溶
剂类型、添加剂等多种因素，以优化聚酰胺分离层的结构，进而提高
反渗透膜性能。邱实等[7]发现在水相溶液中添加醇类小分子后，醇羟
基在界面聚合反应中会与酰氯基团反应生成酯键，阻碍聚酰胺分子链
的增长，降低聚酰胺分离层的交联度，进而大幅提升反渗透膜的通量。
支撑膜性质对反渗透膜结构和性能也有一定影响。支撑膜的孔径、
孔隙率、表面亲疏水性直接影响着水相溶液在支撑膜上的铺展，进而
影响界面聚合过程以及反渗透膜的渗透选择性能。Ghosh等考察了支
撑膜的孔径及表面亲疏水性对聚酰胺复合膜的影响，发现采用孔数较
多、孔径较大且较疏水的支撑膜所制备的复合膜通量较高，这是由于
聚酰胺更容易在亲水的膜孔内生成，导致膜通量较小。Kim等将亲疏
水性作为单一因素考察支撑膜对复合膜性能的影响，认为亲水化改性
后的支撑膜有利于界面聚合中水相单体的均匀铺展，形成的致密皮层
缺陷少且与支撑膜结合力强，复合膜的截留性能和稳定性能都得到提
高。
此外，在反渗透膜的实际应用中，支撑膜的机械稳定性也会影响
反渗透复合膜的渗透选择性能。由于反渗透过程的操作压力较高(苦
咸水淡化操作压力一般为1.5MPa，海水淡化操作压力可高达5.5MPa)，
如果支撑膜机械稳定性较差，复合膜在高的操作压力下可能会发生严
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重的压实，造成通量的不可逆损失。支撑膜的机械稳定性主要受材料
及结构的影响。聚砜材料具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱
性能和优异的机械性能，被广泛应用于复合膜支撑层的制备。从膜材
料出发，Hoek等将硅纳米粒子和多孔分子筛添加到聚砜铸膜液中制
备纳米复合支撑膜，并以此制备聚酰胺复合反渗透膜，发现纳米复合
支撑膜有利于提高复合反渗透膜的耐压实性能，减缓压实所造成的通
量衰减。从膜结构出发，支撑膜的断面结构一般为非对称结构，包含
指状孔、大空穴及海绵状孔。其中，指状孔和大空穴在高压或长期操
作过程中容易塌陷，而海绵状结构具有较好的耐压实性。高性能的支
撑膜是制备复合反渗透膜的基础。由上述可知，多孔支撑膜的表面孔
径、表面润湿性、以及耐压密性都会影响反渗透膜的结构和性能。因
此，本文工作通过改变聚砜铸膜液浓度和非溶剂含量，采用浸没沉淀
法制备一系列海绵状结构的聚砜支撑膜，并以此制备反渗透复合膜，
通过对支撑膜及反渗透复合膜的结构表征和性能测试获得适用于反
渗透膜制备的支撑膜结构，为优化反渗透复合膜的制备工艺提供依据。
1实验材料和方法
1.1实验材料
聚砜(PSf，P-3500LCDMB7)购自苏威。N-甲基吡咯烷酮(NMP)、氯
化钠(NaCl)、正庚烷及正己烷购自天津江天化学试剂公司。间苯二胺
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(MPD)、樟脑磺酸、三乙胺购自阿拉丁试剂(中国)有限公司。均苯三甲
酰氯(TMC)购自青岛