Page 163 - 《精细化工》2022年第5期
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第 5 期 李海柯，等: HKUST-1 掺杂聚醚酰亚胺混合基质膜的制备及性能 ·1017·
HKUST-1 纳米粒子的团聚，导致膜性能劣化，使膜 耐 高 温 性 能 （ 热 变形温 度超过 200 ℃），同时
对 BSA 的截留率降低，同时“指状”孔结构连通性 HKUST-1 纳米粒子在高温下仍能够保持结构稳定
[9]
[21-22]
变差而牺牲了纯水通量 。经过分析，当 HKUST-1 （热分解温度达到 240 ℃） 。这使 HKUST-1/PEI
纳米粒子质量分数为 0.05%时，M2 纯水通量达到 混合基质膜结合了两者的优点，具有良好的渗透性
2
1304 L/(m ·h)，截留率高达 97.1%，此时结构和性能 能和耐高温性能。
均处于较优水平。因此，选择 HKUST-1 纳米粒子质 2.3.3 耐酸碱性
量分数 0.05%的 M2 作为后续研究对象。 实际工业废水通常显示出较宽的 pH 范围
（2~10），这便需要能够承受高温及苛刻的酸碱条件
的超滤膜 [20] 。图 9 为 M0、M2 在 pH=2 的盐酸溶液
以及 pH=12 的 NaOH 溶液浸泡 24 h 后的纯水通量及
对质量浓度为 1.0 g/L BSA 的截留率。
图 7 混合基质膜的纯水通量和 BSA 截留率
Fig.7 Pure water flux and BSA retention rate of mixed
matrix membranes
2.3.2 耐高温性
工业废水有时需要在>60 ℃的高温条件下处 图 9 pH 对 M0、M2 纯水通量和截留率的影响
理，这对分离膜的性能具有很高的挑战，但同时高 Fig. 9 Effects of pH on pure water flux and retention of
温废水能够降低水的黏度，提升膜的渗透性能并减 M0 and M2
少膜污染，同时能够降低过滤过程中的运行成本，
因此，耐高温膜材料的开发势不可挡 [20] 。 如图 9 所示，在酸或碱溶液中浸泡后的 M0 与
M2 对 BSA 的截留率均达到 95%以上（与未浸泡膜
图 8 为 M2 在不同温度下的纯水通量以及对质
相比仅下降约 2%）。在酸、碱溶液中浸泡后 M2 的
量浓度为 1.0 g/L BSA 的截留率测试结果。 2
纯 水 通 量分别 达到 1325、 1358 L/(m ·h)，表 明
HKUST-1/PEI 混合基质膜耐酸碱性能较好，这主要
是因为 PEI 材料中分子芳香酰亚胺基团及醚键的存
在使其具有较好的机械性能和化学稳定性 [21] ，掺杂
一定量 HKUST-1 纳米粒子的 PEI 混合基质膜的致密
层结构稳定，且具有一定程度的耐酸碱性能，这保
证了膜在酸性或碱性溶液保持高截留率的同时具有
较高的纯水通量。
2.3.4 耐污性能
膜污染是膜分离过程中面临的严重挑战之一，
并严重影响了流体渗透性以及膜的使用寿命，制备
图 8 温度对 M2 纯水通量和 BSA 截留率的影响 的 HKUST-1/PEI 混合基质膜的防污效率通过测试质
Fig. 8 Effects of temperature on pure water flux and BSA 量浓度为 0.6 g/L BSA 后的二次纯水通量来表示，结
retention of M2
果见图 10。图 10a 为 M0 与 M2 在纯水以及质量浓
如图 8 所示，随着温度的升高，M2 的纯水通量 度为 0.6 g/L BSA 的通量。由图 10 a 可见，在连续
逐渐增大，BSA 截留率略有降低，在 80 ℃高温下 通纯水 1 h 并把过滤液转换为 BSA 溶液后，膜的通
2
纯水 通量 达到 1587 L/(m ·h) 且 BSA 截留率 量显著降低，表明膜被污染；将膜浸泡在去离子水
仍>95%，表明该膜具有良好的耐高温性能。这主 中 30 min 并洗涤后，继续测试纯水通量，经过两次
要是因为 PEI 是一种无定形的高性能聚合物，具有 循环后，结果见图 10b。
