Page 172 - 《精细化工》2023年第2期

·394· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

2.2.4 接触角分析 和 UiO-66 共沉积作纳滤膜的中间层能够有效增大
通过接触角测量仪测定 PA/PEI 和 TFN-U 膜的 膜通量同时保持截留率不降低，本实验中制备复合
水的接触角，结果如图 10 所示。通常，膜的水接触 纳滤膜的 UiO-66 分散液最佳质量浓度为 0.2 g/L，
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角越小，说明膜的亲水性越好。由图 10 可以看出， 此时膜的水通量为 63.83 L/(m ·h)，对刚果红的截留
在添加 PDA 中间层后，TFN-U 0 膜的水接触角为 55.5°， 率为 98.2%。
与 PA/PEI 膜的水接触角（68.8°）相比，TFN-U 0 膜
的亲水性增强，这是因为 PDA 中的氨基可与 TMC
的酰氯发生反应从而提高膜的亲水性。在负载
UiO-66 纳米颗粒后，TFN-U 膜的亲水性先增大后减
小，这是因为添加亲水性 UiO-66 纳米颗粒使膜的亲
水性增强，但 UiO-66 纳米颗粒负载量过大会发生团
聚导致膜亲水性减小。

图 11 TFN-U 膜的水通量和截留率
Fig. 11 Flux and rejection of TFN-U membranes

2.3.2 膜耐溶剂性分析
溶胀度是评估纳滤膜耐溶剂性能的直观参数，
本实验将未经过 HDA 交联的 PEI 纳滤膜和已交联的
UiO-66 复合膜即 TFN-U 2 膜浸泡在 5 种常用有机溶
剂（DMF、无水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷）

图 10 PA/PEI 和 TFN-U 膜的水接触角 中 48 h，测试交联前后膜对 5 种有机溶剂的溶胀度，
Fig. 10 Water contact angle of PA/PEI and TFN-U membranes 结果见图 12。由图 12 可以看到，未交联膜在 DMF
中已完全溶解而已交联膜在 DMF 中仍然具有完整
2.3 膜性能分析
的膜结构，这证明交联膜具有较强的耐溶剂性能。
2.3.1 UiO-66 质量浓度对膜分离性能的影响
而在其他 4 种有机溶剂中，与未交联膜相比，已交
为探究 UiO-66 分散液质量浓度对膜性能的影
联膜的溶胀度明显下降。这是因为在交联过程中，
响，以质量浓度为 0.1 g/L 的刚果红水溶液进行分离
HDA 上的两个氨基分别与两条 PEI 分子链上的酰亚
实验，结果如图 11 所示。可以看出，随着 UiO-66
胺键发生亲核反应生成酰胺键，使两条高分子链连
分散液质量浓度的增加，复合膜的水通量呈现先增
接起来，从而使分子链的柔性降低，导致溶剂在膜
加后减小的趋势，截留率却变化不大。当 UiO-66
的自由运动空间受到限制 [22] 。从图中还可以观察到，
分散液质量浓度从 0 g/L 增加到 0.2 g/L 时，膜水通 交联膜和未交联膜浸泡在不同溶剂中的溶胀度从大
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量由 33.71 L/(m ·h)显著增大到 63.83 L/(m ·h)，这是
到小排序为：DMF>无水乙醇>丙酮>乙酸乙酯>正己
因为 UiO-66 纳米颗粒含有大量的亲水羧基基团，通
烷，这可能与溶剂的极性有关，溶剂极性越小，溶
过 PDA 与 UiO-66 共沉积在膜中可以提高膜的亲水
胀度越小。
性，同时由于 UiO-66 纳米颗粒的多孔结构，能够为
复合膜透过水分子提供独特的通道 [25] 。但是当
UiO-66 分散液质量浓度继续增大时，膜通量开始下
降，当 UiO-66 分散液质量浓度为 0.4 g/L 时，TFN-U 4
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膜水通量降至 35.50 L/(m ·h)。这是因为在多巴胺自
聚过程中，过量的 UiO-66 纳米颗粒容易自身团聚，影
响界面聚合反应，使膜的 PA 层变厚，导致膜的水通
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量降低。与 PA/PEI 膜的水通量〔27.91 L/(m ·h)〕相
比，TFN-U 0 的水通量增大了约 20.8%，这归因于

PDA 含有丰富的羟基、仲胺和羰基，可与间苯二胺
形成氢键，从而减慢 MPD 在有机相中的扩散速度， 图 12 交联前后膜的溶胀度
Fig. 12 Swelling degree of membranes before and after
降低 PA 层的厚度，增大膜的通量。综上所述，PDA crosslinking