Page 97 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 韩长秀，等: PA/ZIF-8/PVDF 复合纳滤膜的制备及其性能 ·2027·

平均值。采用固体表面 Zeta 电位仪测试分析样品膜
表面的电位，以测定纳滤膜的荷电性质，测试 pH
范围为 3~10。
1.4 纳滤膜的性能测试
1.4.1 纳滤膜的通量及截留性能测试
采用错流过滤装置对制备的复合纳滤膜性能进

行评价。进料液分别为去离子水、质量浓度均为 2 g/L
图 1 ZIF-8/PVDF 复合膜制备装置示意图
Fig. 1 Image of the device for fabrication of ZIF-8/PVDF 的 MgSO 4 、Na 2 SO 4 、NaCl、MgCl 2 水溶液。膜的
composite membrane 纯水通量及上述 4 种无机盐的截留率均在 25 ℃、
0.6 MPa 下进行测试。纯水通量〔J，L/(m ·h)〕按式
2
表 1 不同单体浓度条件下 ZIF-8/PVDF 复合膜的制备
Table 1 ZIF-8/PVDF composite membranes prepared under （1）进行计算：
different monomer concentrations J=V/(A×Δt) （1）
2
复合膜 c(Hmim)/(mol/L) c[Zn(NO 3) 2•6H 2O]/(mol/L) 式中：V 为渗透体积，L；A 为有效膜面积，m ；∆t
M1 0.1783 0.0436 为渗透时间，h。
M2 0.1783 0.0218 采用电导率仪分别测试上述 4 种盐溶液及滤出
M3 0.0892 0.0436 液的电导率以得出对应溶液中盐的质量浓度，进而
M4 0.0892 0.0218
计算其截留率。截留率（R，%）按式（2）计算：

1.2.3 复合纳滤膜的制备 R / %=(1–ρ p /ρ f )×100 （2）
式中：ρ p、ρ f 分别为滤出液盐的质量浓度（g/L）、进
采用界面聚合法制备 PA/ZIF-8/PVDF 复合纳滤
料液盐的质量浓度（g/L）。
膜。具体为：称取 1.00 g（9.25 mmol）MPD 溶于
复合纳滤膜的通量和截留率至少测试 3 次，取
50 mL 去离子水中，配制成水相溶液；称取 0.10 g
平均值。
（0.38 mmol）TMC 溶于 50 mL 正己烷中，配制成
1.4.2 纳滤膜的抗污染性能测试
有机相溶液；在复合膜 M3 表面倒入水相溶液并浸
采用质量浓度为 100 mg/L MB 溶液作为模拟污
泡 5 min，随后抽滤至表面无水相溶液残留；再将有
染物对复合纳滤膜的抗污染性能进行测试。首先，
机相溶液倒在膜表面浸泡 5 min 后，弃去膜表面溶
复合纳滤膜在 0.6 MPa 下预压 0.5 h，随后每 1 h 测
液，并置于 70 ℃烘箱热处理 10 min，所得复合纳
试 1 次纯水通量，共测定 2 次，其中第 2 次测定值
滤膜命名为 PA-1。作为对照，在相同条件下，直接
2
为纯水通量 J〔L/(m ·h)〕。之后将进料液更换成质
采用 PVDF 基膜进行界面聚合反应制备所得复合纳
量浓度为 100 mg/L MB 水溶液，在 0.6 MPa 下测试
滤膜命名为 PA-0。为进行条件优化，改变 MPD、
2
其通量为 J p 〔L/(m ·h)〕，每 1 h 测试 1 次通量，共
TMC 浓度以及交联时间以复合膜 M3 制备 PA-2 膜，
测定 8 次，其中第 8 次测定值为 MB 水溶液的通量
具体为：称取 0.50 g（4.63 mmol）MPD 溶于 50 mL
J p 。最后，进料液再次更换为去离子水，在 0.6 MPa
去离子水中配制成水相溶液；称取 0.05 g（0.19 mmol）
下预压 0.5 h 后，每 1 h 测试 1 次通量，共测定 2 次，
TMC 溶解于 50 mL 正己烷中配制成有机相溶液，交
2
其中第 2 次测定值为纯水通量 J 2 〔L/(m ·h)〕。通量
联时间改为 2 min。
恢复率（FRR）、通量衰减率（R t）、不可逆通量衰减
1.3 样品表征
率（R ir ）和可逆通量衰减率（R r ）分别按式（3）~
采用 SEM 观察 ZIF-8/PVDF 复合膜及复合纳滤
（6）计算：
膜的表面及断面形貌，样品需在 25 ℃真空干燥 8 h，
FRR / %=J 2 /J 1 ×100 （3）
测试前进行喷金处理。采用 XRD 对样品膜进行测
R t / %=(1–J p /J 1 )×100 （4）
试，Cu K α 为 X 射线源，电压为 40 kV。采用 FTIR
R ir / %=(J 1 –J 2 )/J 1 ×100 （5）
测定膜表面的官能团，采用 FTIR 测定膜表面的官
R r / %=(J 2 –J p )/J 1 ×100 （6）
能团，膜在 60 ℃下干燥 12 h 后固定于样品台上进
行测定。采用 AFM 对膜表面粗糙度进行测试，样品 2 结果与讨论
固定于载玻片上，选取 Tapping 模式，测试膜面积
为 5 μm×5 μm，膜表面粗糙度评价指标为平均粗糙 2.1 PVDF 基膜及 ZIF-8/PVDF 复合膜的表征
度（R a ）和均方根粗糙度（R ms ）。采用接触角测量 复合膜 M1~M4 的表面 SEM 图依次对应图
仪测定样品膜的水接触角以考察膜表面的亲水性， 2a~d。由图 2a~d 可见，PVDF 基膜表面均生长有形
每张膜片上随机取 5 个位置进行测试，所得的数据取 貌规则、粒径均匀的 ZIF-8 纳米晶。复合膜 M1~M4