荷电膜的搭建与抗污染性研究

1 引言

随着水资源的严重短缺和环境污染的日益严峻，膜作为一类重要的过滤分离材料，在污

水处理、化工制药、海水淡化等领域的应用越来越受到人们的关注.但膜材料在应用过程中

普遍存在膜通量低、易污染及其对一些荷电污染物截留率低等问题，已经成为膜技术进一步

发展的瓶颈.

荷电膜是一类表面具有荷电基团的膜，在分离过程中除了孔径筛分作用外，还有 Donnan

效应，因此，荷电膜具有特殊的吸附和分离特性，对某些荷电污染物具有很好的去除性能，

同时，荷电膜的水通量比普通中性膜也有明显增加.荷电膜表面由于引入了荷电基团，膜的

亲水性得到了提高，同时由于同性电荷的排斥效应，膜的抗污染性显著增强.因此，荷电膜

在水处理领域具有很好的应用前景.

目前，商用荷电膜大部分是荷负电膜，即膜表面具有磺酸基或者羧酸基等荷负电基团，

该类荷电膜对水中蛋白质、腐殖酸等都有很好的去除性能.荷正电膜是一类表面具有荷正电

基团(如氨基)的膜材料，其对水体中的荷正电污染物、盐类等都具有很好的截留性能，因此，

对荷正电膜的研究也逐渐引起人们的广泛关注.冯敬等(2010)采用紫外辐射方法将三甲基烯

丙基氯化铵(TMAAC)接枝到聚丙烯腈(PAN)中空纤维膜表面，制备了带季铵基的荷正电膜，相

比于基膜，改性后膜的亲水性得到提高，当溶液的 pH 值小于蛋白质 BSA 的等电点(pI=4.7)

时，对 BSA 截留率由基膜的 76.7%提高到 90.2%.侯进等(2009)以壳聚糖和聚乙烯醇为膜改性

剂，对聚丙烯腈膜表面进行改性，制备了荷正电壳聚糖-聚乙烯醇/聚丙烯腈复合钠滤膜，该

膜对 1 g · L-1 NaCl、MgCl2 和 MgSO4 的截留率别为 63.50%、94.30%、81.0%.

在构筑荷电膜材料方面，离子液体共聚物由于含有强荷正电性的咪唑基团，使其在改善

膜表面的荷电性及亲、疏水性等方面具有巨大的潜力.青格乐图等(2011)将聚离子液体与

PVDF 共混制备出新型离子传导膜，具有良好的膜电导率(3.0×10-3 S · cm-1)和拉伸强度

(17.38 N · mm-2)，该膜在燃料电池隔膜方面具有较好的应用前景;Jia 等(2010)通过原子

自由基聚合法将聚离子液体接枝到 SiO2 纳米纤维膜表面，有效地提高了膜表面的亲水

性;Ong 等(2015)用巴基纸结合离子液体制备了纳米管薄层离子液体膜，其通量达到 102 L ·

m-2 · h-1，渗透率为 9046 gpu.本研究小组在前期的研究中采用自由基聚合合成了两亲性

聚离子液体共聚物(P(MMA-co-BVIm-Br))，并将该共聚物与聚偏氟乙烯(PVDF)共混，通过相

转化法制备了荷正电超滤膜，该共混膜表现出了良好的荷电性和抗污染特性，在分离 pH=3.6

卵清蛋白溶液时，膜最大截留率为 93.3%，最大通量恢复率为 91%.

以上研究表明，咪唑离子液体共聚物能有效改善膜表面的荷电性和抗污染性能.但前期

研究是采用共混的方法制备荷电超滤膜，存在离子液体共聚物在膜表面迁移效率低、离子液

体共聚物用量大、成本高且膜机械强度不够理想等问题，从而限制了离子液体共聚物在膜改