Page 100 - 《精细化工》2021年第10期

·2030· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

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特有的吸收峰，其中，1660 cm 处为酰胺（—CONH） 高于 PA-2。根据 XPS 谱图分析得到膜表面各元素摩
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基团中 C==O 键的伸缩振动吸收峰，1542 cm 处为 尔分数（以原子百分比计），并计算了 O/N 原子比，
酰胺（—CONH）基团中 N—H 键的弯曲振动和 C 以估算纳滤膜的交联度 [27] ，结果如表 3 所示，其中
—N 键的伸缩振动吸收峰，进一步印证了 PA 分离层 对膜表面 PA 层所含 N 元素的摩尔分数进行了修正
在复合纳滤膜表面的成功形成 [26] 。 （标记为 N-），即根据 Zn 原子百分比，扣除了 ZIF-8
2.2.3 XPS 分析 材料中所含的 N 元素 [28] 。经计算，复合纳滤膜 PA-0
采用 XPS 分析了复合纳滤膜表面的化学组成， 的 O/N-原子比为 2.10，生长 ZIF-8 纳米晶的复合纳
结果见图 7。 滤膜 PA-1 及 PA-2 的 O/N-原子比分别降低至 0.95
和 1.51，即复合纳滤膜 PA-1、PA-2 的交联度远高于
PA-0，说明 ZIF-8 纳米晶对 PVDF 膜的表面改性提
高了 PA 分离层与 PVDF 基膜的相容性，促进了 PA
分离层的生长，提高了其交联程度，有利于形成更
为致密的 PA 分离层。

表 3 复合纳滤膜的表层元素组成及摩尔分数
Table 3 Surface chemical compositions and molar fraction of
composite nanofiltration membranes
摩尔分数/%
样品 n(O)/n(N-)
C N N- O Zn
PA-0 76.53 7.15 7.15 15.03 0 2.10
PA-1 76.13 12.41 11.97 11.34 0.11 0.95
PA-2 73.41 12.18 8.98 13.61 0.80 1.51
注：N-为修正后 PA 分离层中的 N 摩尔分数，具体计算方
法是用实际测得的 N 摩尔分数减去基于 ZIF-8（C 8H 12N 4Zn）中
Zn 摩尔分数计算出的 ZIF-8 中 N 摩尔分数 [28] 。

2.2.4 表面粗糙度及亲水性分析
复合纳滤膜的 AFM 图与水接触角见图 8。由图

8a~c 可知，3 种复合纳滤膜表面均为复合纳滤膜典
型的峰状结构，其 R a 、R ms 及相对表面积（Δ，表
图 7 复合纳滤膜的 XPS 谱图
Fig. 7 XPS spectra of composite nanofiltration membranes 示实际表面积与投影面积的比值）的结果列于表 4。
由表 4 可知，复合纳滤膜 PA-0、PA-1 及 PA-2 的 R a
由图 7a 可知，复合纳滤膜 PA-0、PA-1 及 PA-2 分别为 93.75、93.20 和 96.88 nm，说明 3 种复合纳
主要含有 C、N、O 3 种元素。由图 7b 可知，除复 滤膜表面的 PA 分离层覆盖均匀，ZIF-8 纳米晶的生
合纳滤膜 PA-0 外，复合纳滤膜 PA-1 及 PA-2 均含有 长几乎没有改变 PA 分离层的 R a 。与复合纳滤膜 PA-1
ZIF-8 晶体的特征元素 Zn。但 PA-1 表面 Zn 元素的 相比，复合纳滤膜 PA-2 具有更大的相对表面积，将
XPS 峰强度显著低于 PA-2，结合复合纳滤膜断面 有利于增大膜的渗透通量 [29] 。由图 8d~f 可知，3 种
SEM 结果分析，这归因于复合纳滤膜 PA-1 的 PA 分 复合纳滤膜的水接触角均在 70°~80°之间，ZIF-8 纳
离层较厚，其 ZIF-8 纳米晶体层的被覆盖程度显著 米晶的生长对复合纳滤膜表面亲水性影响不大。