延檬羽， 申偉煜， 王子恒， 張世茂， 李 娜

(西安交通大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710049)

1 前 言

海水淡化技術(shù)是當(dāng)下解決全球淡水資源緊缺的有效途徑之一。膜法海水淡化技術(shù)自問世以來，以其操作簡單、占地面積小、分離效率高等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注[1]。在膜法脫鹽中，反滲透(RO)約占全球海水淡化工業(yè)市場份額的60%，但是處理高濃度鹽水時，反滲透過程需要施加極高的外部壓力(高達(dá)70×105Pa)才能確?？捎^的滲透通量，由此大大增加能耗[2]。滲透汽化(PV)技術(shù)由于可利用低品位熱源(地?zé)帷U熱、太陽能等)處理高濃度鹽水且保持高截鹽率(大于99%)，已逐漸成為極具潛力的新型海水淡化技術(shù)[3]。

在PV 脫鹽過程中，膜材料的物理化學(xué)性質(zhì)對傳遞分離性能起到?jīng)Q定性作用。PV 脫鹽膜主要包括有機(jī)膜、無機(jī)膜和混合基質(zhì)膜(MMMs) 3 大類。有機(jī)膜材料如親水型醋酸纖維素(CA)、聚乙烯醇(PVA)、聚醚酰胺(PEBA)和聚醚酯(PEE)等普遍具有成膜性好，單位造價低，截鹽率高等優(yōu)勢，但常常面臨水通量低以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性欠缺等問題[1]?；旌匣|(zhì)膜綜合了有機(jī)膜與無機(jī)膜的優(yōu)點(diǎn)，克服了單一型膜材料在制備和應(yīng)用上的不足，具有良好的穩(wěn)定性和分離性能[4]。高分子透水膜應(yīng)具有良好的親水性和水傳輸性能，通過調(diào)節(jié)高分子聚合物鏈的剛性和規(guī)整度構(gòu)架出合適的離子納米傳遞通道，并在膜內(nèi)活性親水基團(tuán)與水分子之間構(gòu)建離子-偶極鍵合作用，是提高材料滲透性和選擇性的有效手段[5]?；腔枷憔酆衔?SAP)材料中既有大量磺酸基團(tuán)，可以與水形成較強(qiáng)的離子-偶極作用；高度親水的離子基團(tuán)和高度疏水的聚合物鏈段在成膜過程中又可以各自聚集，在聚合物內(nèi)部產(chǎn)生親水和疏水的納米級微相分離結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成傳輸水的納米通道[6]，同時納米通道尺度和荷電性能具有調(diào)控性。本課題組前期工作通過在磺化聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(S-SEBS)側(cè)鏈上接枝聚苯乙烯合成了一種新型SAP 材料磺化聚苯乙烯接枝型SEBS[7]，通過引入聚苯乙烯基團(tuán)增加磺化位點(diǎn)，膜中親水基團(tuán)含量上升，使水通量大幅度提高，但高含水率引起膜材料過度溶脹。為提高膜材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時維持高親水性，無機(jī)材料摻雜不失為一種簡單有效的手段。Cheng 等[4]研究表明，在聚合物基質(zhì)中摻雜無機(jī)填料可以同時提高膜材料的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)膜的親疏水性以及膜內(nèi)部微相結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯(GO)因其單原子厚度、良好的親水性和機(jī)械強(qiáng)度，被認(rèn)為是一種具有廣闊前景的填充材料。GO 片層表面氧化區(qū)上的官能團(tuán)可以起到捕捉水分子的作用[8-9]，未氧化區(qū)具有疏水性，作用相當(dāng)于毛細(xì)管網(wǎng)，水分子能夠在其中近乎自由擴(kuò)散[10-11]，因此可實(shí)現(xiàn)水分子快速傳輸，目前將GO 片層填充于SAP 聚合物制備混合基質(zhì)復(fù)合膜用于PV 過程的研究還較少[12]，其在脫鹽領(lǐng)域的性能有待深入研究。

本研究以親水聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜為基底，以新型高磺化SAP 材料磺化聚苯乙烯接枝型SEBS(S-SEBS-g-PSt)為高分子基質(zhì)，以二維材料GO 為無機(jī)填充劑，通過混合澆鑄法制備新型的SAP-GO/PTFE混合基質(zhì)膜。由于GO 攜帶有大量含氧官能團(tuán)，與SAP 基質(zhì)的磺酸基團(tuán)之間可以形成龐大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，GO 片層與聚合物的苯環(huán)之間形成π-π 堆疊，這些相互作用可以降低SAP 基質(zhì)與GO 填料之間出現(xiàn)界面缺陷的可能性，提高SAP 與GO 之間的相容性和膜材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)膜的PV脫鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其在高濃度鹽水處理方面具有良好的應(yīng)用前景。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

含30% 苯乙烯嵌段的聚(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯) (SEBS)，殼牌(Shell)有限責(zé)任公司；石墨，天津第一試劑廠；聚四氟乙烯多孔膜，0.22 μm 孔徑，晉純環(huán)保科技有限公司；高錳酸鉀、甲苯、氯仿、濃硫酸(98%)、鹽酸(36%)、硝酸(64%)、硝酸鈉、乙酸酐，西隴化工有限公司；無水四氯化錫、三聚甲醛、苯乙烯、三甲基氯硅烷、六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、三苯基膦、抗壞血酸、1，2-二氯乙烷、過氧化氫(30%)、甲醇，國藥化學(xué)試劑有限公司。百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.2 GO 的制備

稱量6 g 石墨粉與3 g 硝酸鈉、138 mL 濃硫酸混合，冰浴攪拌1 h，其間緩慢加入18 g 高錳酸鉀，低溫反應(yīng)2 h。隨后升溫至35 ℃，反應(yīng)一段時間后，緩慢加入276 mL 去離子水，控制反應(yīng)液溫度不高于70 ℃。將水浴溫度升高到95 ℃后攪拌0.5 h，隨后分別加入840 mL 去離子與60 mL 過氧化氫溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)。將得到的懸浮液靜置沉降，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 的鹽酸反復(fù)洗滌沉淀物，最后用去離子水洗至上層液為中性。將下層沉淀離心處理、沉淀干燥，最后用球磨機(jī)研磨，即得到棕色的GO 粉末。

2.3 SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)膜制備

2.3.1 SEBS-g-PSt 的合成

聚苯乙烯接枝型SEBS (SEBS-g-PSt)的合成主要分為2 步：① SEBS 的氯甲基化：將SEBS(10 g)與三聚甲醛(10.8 g)加入250 mL 氯仿中，將溫度控制在0 ℃，緩慢加入三甲基氯硅烷(46 mL)與無水四氯化錫(6.0 mL)，室溫反應(yīng)6 h，加入甲醇/水混合液終止反應(yīng)。將混合物倒入甲醇中，對沉淀物經(jīng)過反復(fù)氯仿溶解-甲醇沉淀純化步驟，最終得到白色的氯甲基化產(chǎn)物(SEBS@CH2Cl)；② 聚苯乙烯接枝[13]：將SEBS@CH2Cl (4 g)溶于32 mL 甲苯中，隨后依次加入苯乙烯(16 mL)，六水合三氯化鐵(0.31 g)和三苯基膦(0.9 g)，攪拌至完全溶解，除去反應(yīng)器中的空氣，加熱至110 ℃后加入抗壞血酸(0.8 g)，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)反應(yīng)10 h，反應(yīng)結(jié)束后用甲醇沉淀、過濾、反復(fù)清洗，最終得到淡黃色接枝產(chǎn)物SEBS-g-PSt(其結(jié)構(gòu)式如圖1 所示)。

圖1 SEBS-g-PSt 結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of polystyrene grafted SEBS (SEBS-g-PSt)

2.3.2 混合基質(zhì)膜的制備

將2.0 g SEBS-g-PSt 溶于氯仿中，加入一定量的GO 粉末，室溫下超聲分散并攪拌均勻，得到具有不同GO 含量(GO 在膜中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.5%、1%、3%、5%)的8% SEBS-g-PSt/GO 鑄膜液。超聲除泡后，將其傾倒在PTFE 基底上刮鑄成膜，即得到未磺化的SEBS-g-PSt/GO/PTFE 混合基質(zhì)膜。為克服磺化后的S-SEBS-g-PSt/GO 親水皮層與疏水PTFE 支撐層不相容所引起的復(fù)合膜皮質(zhì)分離問題，預(yù)先對PTFE 基底進(jìn)行高錳酸鉀氧化改性，以提高原始PTFE 基膜的可潤濕性[14]。接著在錐形瓶中加入1，2-二氯乙烷(50 mL)，濃硫酸(11.4 g)和乙酸酐(14.1 g)配制磺化劑，將SEBS-g-PSt/GO/PTFE 復(fù)合膜浸沒于其中，45 ℃下反應(yīng) 14 h，取出后用去離子水充分洗滌，得到 S-SEBS-g-PSt 磺化度為 60%的S-SEBS-g-PSt/GO/PTFE 混合基質(zhì)膜(如圖2 所示)，簡寫為SAP-GO/PTFE。根據(jù)GO 含量的不同，該混合基質(zhì)膜分別標(biāo)記為SAP/PTFE、SAP-GO-0.5/PTFE、SAP-GO-1/PTFE、SAP-GO-3/PTFE、SAP-GO-5/PTFE。

圖2 SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)膜的制備示意圖Fig.2 Schematic diagram of the preparation of SAP-GO/PTFE mixed matrix membranes

2.4 膜材料結(jié)構(gòu)及形貌表征

采用核磁共振波譜儀(AVANCE III HD 600 MHz)表征SEBS、SEBS@CH2Cl 及SEBS-g-PSt 的化學(xué)結(jié)構(gòu)；采用紅外光譜儀 (Nicolet iS50)表征GO 納米片、SAP/PTFE 復(fù)合膜以及SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)膜的化學(xué)組成。利用場發(fā)射掃描電鏡 (Gemini SEM 500)分析MMMs 的表面及斷面形貌；采用原子力顯微鏡AFM (SPM-9700HT)表征MMMs 的表面粗糙度。

2.5 親水性與機(jī)械強(qiáng)度測試

采用光學(xué)接觸角測試儀(DSA100，KRUSS)測試膜表面接觸角。采用質(zhì)量法計(jì)算膜的含水率：將質(zhì)量為md的干膜浸于50 mL 去離子水中24 h 后，將膜取出，迅速用濾紙輕輕擦干膜表面水分并稱重。膜內(nèi)含水率w(H2O)為

式中：md和mw分別為干膜和溶脹膜的質(zhì)量，g；每種膜至少測量3 次，取平均值。

采用電子拉伸機(jī)(Instron 5969，USA)測試S-SEBS-g-PSt 無支撐膜與S-SEBS-g-PSt/GO 雜化膜的機(jī)械強(qiáng)度。采用溶脹度S測試無支撐膜與雜化膜一維方向的尺寸變化：將膜剪成2 cm×2 cm 的方塊，浸泡于去離子水中48 h 后再次測其長度。

式中：dL和wL分別為干膜和濕膜的長度，cm。

2.6 滲透汽化脫鹽實(shí)驗(yàn)

滲透汽化脫鹽實(shí)驗(yàn)裝置可參考作者原來的工作[7]。有效膜面積為15.9 cm2，將料液加熱到在45～85 ℃后，通過蠕動泵以16 L·h-1的流速將料液送入膜池進(jìn)行錯流循環(huán)，滲透側(cè)的水蒸氣在0.094 MPa 的真空度下冷凝，并被收集為透過液，截余液則繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入原料池。每分鐘記錄原料的質(zhì)量變化，并根據(jù)式(3)、(4)計(jì)算PV 水通量J(kg·m-2·h-1)與截鹽率R：

式中：Δm為進(jìn)料液的質(zhì)量變化，kg；A為有效膜面積，m2；t為運(yùn)行時間，h；cf與cp分別為原料液與透過側(cè)的鹽離子濃度，mol·L-1，實(shí)驗(yàn)過程中鹽離子濃度通過電導(dǎo)率儀(Ohaus DDS-307)進(jìn)行測定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 膜材料表征

GO 紅外光譜圖(圖3(a))表明，GO 納米片上擁有豐富的含氧官能團(tuán)，包括-OH (～3 400 cm-1)，C=O(1 750 cm-1)，-COH (1 400 cm-1)，-C-O-C (1 062 cm-1)[15]，賦予GO 優(yōu)秀的親水性。在GO 摻雜前，SAP/PTFE復(fù)合膜在～3 400、2 900～2 800、1 250～1 150以及1 100～1 000 cm-1處的特征峰分別為-OH、-CH3、非對稱S=O 鍵及對稱S=O 鍵的伸縮振動峰[7]、GO 摻雜后，SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)基膜在～3 400 cm-1處的羥基峰變強(qiáng)，峰面積增大，表明GO 摻雜使得混合基質(zhì)膜親水性增強(qiáng)。核磁共振氫譜圖(圖3(b))表明，相比于SEBS 原料，中間產(chǎn)物SEBS@CH2Cl 與接枝產(chǎn)物SEBS-g-PSt 在化學(xué)位移為4.5 處均出現(xiàn)了苯環(huán)上氯甲基取代的特征峰[16]，且相比于SEBS@CH2Cl，接枝產(chǎn)物SEBS-g-PSt 該特征峰強(qiáng)減弱，進(jìn)一步證實(shí)接枝產(chǎn)物的合成。

圖3 紅外光譜圖與核磁對比圖Fig.3 FTIR and NMR spectra of different samples

對比SAP/PTFE 基膜、GO 納米片以及混合基質(zhì)膜的掃描電鏡圖可以看出，S-SEBS-g-PSt 膜表面光滑且具有均勻致密結(jié)構(gòu)(圖4(a))，GO 片層表面則呈現(xiàn)出明顯的特征褶皺結(jié)構(gòu)(圖4(b))，在進(jìn)行GO 摻雜后，由于GO 較為均勻地分散在高分子基質(zhì)中，因此混合基質(zhì)膜表面也呈現(xiàn)出大量的褶皺結(jié)構(gòu)，并且隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，MMMs 的褶皺形貌越發(fā)明顯(圖4(c)、(e)、(g))。當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤3% 時，S-SEBS-g-PSt 基質(zhì)與GO 填充劑之間相容性較好，二者之間無明顯的界面缺陷 (圖4(c)，(e))；但當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5% 時，GO 納米片團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，膜內(nèi)出現(xiàn)明顯的缺陷(圖4(g))。此外，由圖4(d)、(f)、(h)可以看出，該混合基質(zhì)膜的皮層厚度在4 μm 左右，隨GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大皮層厚度有略微增加。該MMMs 與均勻致密的無支撐膜相比，具有相對較薄的活性層和疏松的多孔支撐層，因此有利于降低水分子的傳質(zhì)阻力。

圖4 SEM 膜表面與斷面圖Fig. 4 SEM images of top surface and cross-section of membranes

GO 摻雜不僅影響MMMs 的表面形貌，也改變了膜表面的粗糙度。由圖5(a)可以看出，未添加GO前，S-SEBS-g-PSt 基膜表面粗糙度Ra為76.67 nm，添加GO 后，膜表面粗糙度逐漸增大，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5% 時，MMMs 表面粗糙度高達(dá)297.58 nm。隨著親水性表面粗糙度的增加，對水分子吸附溶解和傳輸?shù)挠行っ娣e增大，從而有利于提高水分子的滲透性。

圖6(a)表明，隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，膜表面水接觸角逐漸減小，這與GO 片層所攜帶的豐富的親水含氧基團(tuán)有關(guān)(圖3(a))，此外GO 片層含有大量褶皺結(jié)構(gòu)(SEM 圖)，GO 含量增大使得混合基質(zhì)膜表面粗糙度增大(AFM 圖)，膜更易被潤濕。盡管MMMs 表面潤濕性與GO 含量呈正相關(guān)，膜內(nèi)含水率卻呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(圖6(b))，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1% 時，膜內(nèi)含水率呈連續(xù)增大的趨勢，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 時，膜內(nèi)含水率達(dá)到最大值(237.6%)，相比于S-SEBS-g-PSt 基膜，S-SEBS-g-PSt/GO-1 含水率增大34%。隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，由于磺化芳香聚合物鏈段與GO 片層之間存在氫鍵作用與π-π堆疊等強(qiáng)相互作用，SAP 鏈段的移動受到限制，高分子基質(zhì)的自由體積減小，混合基質(zhì)膜對水分子的容納極限降低，因此膜內(nèi)含水率隨之減小。

圖6 GO 添加量對S-SEBS-g-PSt/GO 混合基質(zhì)膜親水性與機(jī)械強(qiáng)度的影響Fig.6 Effects of GO contents on hydrophilicity and mechanical strength of S-SEBS-g-PSt/GO membranes

為了提高機(jī)械穩(wěn)定性，在SAP 基質(zhì)中添加剛性的GO 納米顆粒進(jìn)行雜化改性，由圖6(c)、(d)可以看出，隨著GO 的添加，混合基質(zhì)膜拉伸強(qiáng)度顯著增大，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 時，S-SEBS-g-PSt/GO 膜拉伸強(qiáng)度達(dá)到27.52 MPa，比基膜提高67%，但是隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，由于GO 納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，膜內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的界面缺陷，使得MMMs 機(jī)械強(qiáng)度開始下降。在GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1% 時，由于GO 填料與SAP 基質(zhì)之間的相互作用不斷增強(qiáng)，MMMs 溶脹度開始減小，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3% 時，MMMs 的抗溶脹性要明顯高于基膜?？梢?，GO 的適度添加可以顯著提高SAP 膜的親水性與機(jī)械性能。

3.2 滲透汽化脫鹽性能

3.2.1 GO 添加量的影響

GO 添加量對混合基質(zhì)膜滲透汽化脫鹽性能的影響如圖7(a)所示。隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，MMMs水通量呈現(xiàn)先增大與后減小的趨勢，當(dāng)GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 時，在65 ℃處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的鹽溶液時，SPA-GO-1/PTFE 膜水通量最大，達(dá)到73 kg·(m2·h)-1。這是由于當(dāng)GO 添加量較低時，GO 的添加增強(qiáng)了膜的親水性，強(qiáng)化了其對水分子的吸附能力，從而增大了滲透通量。此外，GO 片層表面氧化區(qū)上的官能團(tuán)可以起到捕捉水分子的作用[8-9]，未氧化區(qū)具有疏水性，水分子能夠在其中近乎自由擴(kuò)散[10-11]，因此GO 的適量添加可促進(jìn)水分子在膜內(nèi)快速傳輸。但隨著GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，其與SAP 基質(zhì)之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，磺化芳香聚合物鏈段的移動性受到限制，導(dǎo)致MMMs 的自由體積減小，對水分子的吸附能力減弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，混合基質(zhì)膜滲透側(cè)電導(dǎo)率始終維持在3～5 μS·cm-1，PV 鹽截率保持在99.96%以上，這與MMMs 良好的致密性以及荷電膜對鹽離子的電荷排斥作用有關(guān)。

圖7 GO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與操作條件對混合基質(zhì)膜PV 脫鹽性能的影響Fig.7 PV desalination performance of MMMs with different GO mass fractions and operation conditions

3.2.2 操作條件的影響

進(jìn)一步考察操作條件對SPA-GO-1/PTFE 混合基質(zhì)膜PV 脫鹽性能的影響。如圖7 (b)所示，水通量隨進(jìn)料溫度升高而增大，在80 ℃處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 的濃鹽水時，SPA-GO-1/PTFE 水通量達(dá)到91.8 kg·m-2·h-1。水通量隨溫度的指數(shù)增長與膜表面水蒸氣壓差(驅(qū)動力)的增大有關(guān)，由于進(jìn)料側(cè)蒸汽壓力隨溫度呈指數(shù)增長[17]，而滲透側(cè)的蒸汽壓力可視為真空恒定，因此隨著傳質(zhì)驅(qū)動力指數(shù)增長，水通量也呈指數(shù)型增長趨勢。水通量和溫度的依賴關(guān)系可通過阿倫尼烏茲(Arrhenius)方程進(jìn)行描述[18]：

式中：J為膜水通量，kg·m-2·h-1；J0為指前因子，kg·m-2·h-1；R為理想氣體常數(shù)，J·K-1·mol-1；T為溫度，K；EJ為水分子透過膜的表觀活化能，kJ·mol-1。由水通量與進(jìn)料溫度的Arrhenius 曲線關(guān)系可知，水通量對數(shù)與溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系，該線性關(guān)系的斜率即為水分子透過膜的表觀活化能EJ，EJ代表滲透組分透過膜需要克服的能壘，由表1 可見，SPA-GO-1/PTFE MMMs 的EJ值低于大多數(shù)PV 材料，意味著水分子更易滲透穿過膜，展現(xiàn)出較高的滲透性能。此外，通過將本工作與其他材料PV 脫鹽性能對比，結(jié)果如表1所示，表中w為鹽水中NaCl 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。SAP-GO-1/PTFE 混合基質(zhì)膜相對于其他PV 膜材料展現(xiàn)出更高的滲透通量與截鹽性能，這與其高親水性、高致密性以及GO 納米片對水分子的高傳遞性有關(guān)。

表1 不同PV 膜材料的表觀活化能與脫鹽性能對比Table1 Comparison of EJ data and PV desalination performance of membranes studied with data in literature

由圖7 (c)可以看出，w=20% 時，膜水通量由84.8 減小到23.84 kg·m-2·h-1。這是由于進(jìn)料液中NaCl的增加導(dǎo)致水蒸氣分壓下降，從而影響水的輸送驅(qū)動力，導(dǎo)致水通量降低；其次，隨著進(jìn)料NaCl 的增加，膜表面濃差極化程度增大，也導(dǎo)致了水通量降低。盡管如此，在w=20% 的高濃度鹽水下，SPA-GO-1/PTFE 膜的水通量仍高達(dá)23.84 kg·m-2·h-1。由(b)，(c)兩圖可以看出，NaCl 的改變對膜截鹽率并無明顯影響，MMMs 對不同NaCl 進(jìn)料液的鹽截率始終維持在99.99% 以上，這與材料固有的致密結(jié)構(gòu)以及鹽的非揮發(fā)性有關(guān)。為了進(jìn)一步考察該復(fù)合膜在高溫高鹽條件下的操作穩(wěn)定性，進(jìn)行了60 h的恒濃連續(xù)測試(75 ℃，w=10%)，圖7 (d)結(jié)果表明，在最初的30 h 內(nèi)，水通量從72.4 降低至63.3 kg·m-2·h-1，將去離子水泵入膜池，對膜表面進(jìn)行簡單清洗后，通量可恢復(fù)到較高水平，并維持在67 kg·m-2·h-1，膜截鹽率始終保持在99.98% 以上，表明該復(fù)合膜具有良好的抗沾污性與機(jī)械穩(wěn)定性，展現(xiàn)出在工業(yè)應(yīng)用方面的優(yōu)秀前景。

4 結(jié) 論

通過接枝反應(yīng)，合成了磺化聚苯乙烯接枝SEBS (S-SEBS-g-PSt)，通過氧化石墨烯的適度摻雜改性，可以同時提高S-SEBS-g-PSt 的親水性與機(jī)械強(qiáng)度，制備出高性能的SAP-GO/PTFE 混合基質(zhì)膜。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 時，相比于S-SEBS-g-PSt 基膜，S-SEBS-g-PSt/GO 膜的含水率增大34%，拉伸強(qiáng)度提高56.3%，在80 ℃處理w=10% 的濃鹽水時，SAP-GO-1/PTFE 混合基質(zhì)膜水通量達(dá)到91.8 kg·m-2·h-1，截鹽率超過99.96%，展現(xiàn)出在工業(yè)應(yīng)用方面的巨大潛力。