摘要：针对传统聚酰胺膜在水处理过程中存在的渗透性与选择性相互制约问题，采用功能性中间层改进方案，在基膜及选择层之间引入特定的中间层材料，实现了膜过滤性能的优化提升。改进后的聚酰胺膜在膜通量、截留率与抗污染性等方面均取得显著进展。工程实践表明，采用改进型聚酰胺膜的饮水处理设备，出水水质稳定达标。经过半年运行评估，该技术在饮用水处理方面展现出显著的技术优势及经济效益，不仅满足了日益提高的饮用水品质要求，而且为饮用水处理技术的创新发展提供了实践参考。改进后的聚酰胺膜在市政给水处理与海水淡化等领域具有广阔的应用前景。

　　关键词：聚酰胺膜；功能性中间层；水处理；过滤性能；饮用水处理

　　0引言

　　随着生活水平的提高及健康意识的增强，居民对饮用水品质提出了更高要求，饮用水处理技术的创新发展对保障居民饮水安全具有重要意义。聚酰胺膜因具有优异的分离性能而受到广泛关注。然而，传统聚酰胺膜的渗透性与选择性之间存在着不可调和的矛盾，即提高渗透性往往会导致选择性下降，反之亦然。A公司作为饮用水处理设备制造领域的重要企业，始终致力于开发高效与环保的水处理技术。针对传统聚酰胺膜在饮用水处理中存在的渗透性与选择性难以兼顾以及使用寿命短、运行成本高等问题，A公司技术团队创新性地开展了基于功能性中间层的聚酰胺膜改进研究。通过优化中间层材料配方、改进制备工艺和升级生产线，成功实现了改进型聚酰胺膜的规模化生产，并在实际应用中取得了显著成效。本文系统总结工程实践经验，可为相关技术的推广应用提供有益借鉴。

　　1工程概况

　　1.1项目背景与目标

　　传统饮水机产品因聚酰胺膜性能限制，出水水质难以稳定达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）标准要求。2023年3月，A公司投入3 500万元启动“改进型聚酰胺膜饮水处理设备研发项目”，项目计划通过引入功能性中间层技术，开发新型复合聚酰胺膜，使膜通量提升至18～25 LMH/bar（1.8～2.5 L/（m2·h·MPa）。按计划分三个阶段推进：第一阶段（6个月）进行材料筛选及实验室研究，第二阶段（8个月）开展中试放大及工艺优化，第三阶段（4个月）实施产业化，并完成1 000台样机测试。项目特别注重成果转化，将建立年产100 000 m2改进型聚酰胺膜的生产线，为企业产品升级及提升市场竞争力奠定基础。

　　1.2技术难点分析

　　传统聚酰胺膜在应用中暴露出诸多技术瓶颈，界面聚合过程中的放热脱气现象导致膜表面形成大量缺陷，使膜层厚度不均，直接影响产品性能稳定性。聚酰胺层与基膜之间的结合力不足，在高压运行条件下容易发生层间分离，降低使用寿命[1]。膜表面粗糙度控制难度大（普遍在50～70 nm之间），远高于理想值（15～30 nm），易造成污染物沉积。生产过程中，溶液配比、温度和反应时间等关键参数波动显著，制约了产品质量的提升。此外，传统配方中有机溶剂用量大，VOCs排放超标，不符合环保要求。针对以上问题，技术团队重点分析了影响膜性能的关键因素，确定将研发重点放在中间层材料开发和界面聚合工艺优化两个方面，通过多轮实验探索最佳技术路线。

　　2技术应用

　　2.1中间层材料选择与制备

　　针对饮用水处理领域的应用特点，PDA/氧化石墨烯（GO）复合材料作为中间层展现出良好的性能。实验中，GO先经Tris缓冲溶液分散处理，采用KS-350T型超声设备（300 W，30 min）制备分散液。将定量多巴胺单体加入SJ-500智能搅拌装置后，在20℃、300 r/min条件下反应4 h，完成复合材料制备[2]。涂覆环节使用DY-1000全自动浸渍设备，该设备配备精密升降系统与张力控制装置，使基膜在整个浸渍过程中保持良好的平整度。通过预浸渍（30 s）、主浸渍（120 s）和后处理（60 s）三个阶段，结合提拉速度（0.5~2.0 cm/s）和环境湿度（45%±5％）的精确调控，实现了中间层厚度的可控制备。PDA/GO复合材料浸渍工艺流程如图1所示。在生产过程引入计算机辅助配料系统，确保不同批次材料性能的一致性。制备的复合材料经标准化包装后，置于低温避光环境储存，保质期可达6个月以上[3]。

　　2.2改进膜的制备工艺

　　德国KOCH公司定制的连续化界面聚合工艺系统为改进型聚酰胺膜制备提供了技术支撑。该系统配备PT-500低温等离子体处理机（处理室：2 000 mm×800 mm，发生器功率为0～500 W）用于基膜预处理，智能热风系统负责中间层涂覆后的定向干燥，其加热装置温度均匀性可达到±1℃,并集成了可调速层流装置[4]。界面聚合环节采用专利脉冲式单体投加技术，通过光纤光谱仪实时监测反应进程，PLC系统可根据单体浓度自动调节工艺参数。

　　C=C0×（1-e-kt）×f（T）×P（t）.（1）

　　式中：C为实时单体浓度，mol/L；C0为初始浓度，mol/L；k为反应速率常数；t为反应时间，s；f（T）为温度校正因子；P（t）为脉冲函数。

　　2.3生产线改造方案

　　基于模块化设计理念改造的生产线全长45 m，依序布置了上料、预处理、涂覆、反应、后处理和收卷六大功能区。上料区装配TC-2000张力自动补偿装置，结合气动轴承技术实现基膜稳定输送，张力控制精度达±0.5 N。预处理区引入了德国PLASMATREAT等离子体处理设备（处理宽度为2.2 m），搭配双工位真空预处理系统提升工艺效率。涂覆区选用日本HIRANO精密涂布系统，通过多点测厚技术将涂布宽度公差控制在±0.5 mm范围内。反应区采用封闭式结构，配置ExdIIBT4防爆等级通风系统实现微正压环境。后处理区整合红外加热与冷却复合工艺，设置5组独立温控区，能够实现±1℃的精确控制。收卷区搭载伺服控制系统与高精度张力传感器，配合自动纠偏装置，确保成品质量。生产线核心控制采用西门子S7-1500 PLC系统，通过PROFINET工业以太网构建设备互联网络。中央控制室配置触摸屏操作界面，实现参数实时监控与远程调节功能。配套的MES制造执行系统将生产计划、工艺参数、设备状态和品质控制整合为一体化管理平台。

　　2.4工艺参数优化

　　数字孪生技术支持的虚拟仿真平台为工艺参数优化提供了灵活调控方案。该平台通过工艺模型库、参数优化模块与控制策略生成器实现参数的动态调节，使中间层涂覆工艺各项参数（涂布速度为1.5~3.5 m/min、涂布压力为0.4～0.8 MPa、干燥温度为35～45℃)能根据实际需求灵活设定。界面聚合过程可根据不同应用场景调整单体浓度（M-苯二胺质量分数为1.8％～2.2％、三光气质量分数为0.12%~0.18％）、反应温度（15～25℃)和反应时间（30～60 s），实现性能的定向调控。平台基于5 000组历史数据开发的自适应神经网络算法和72条模糊规则的PID控制系统支持快速参数调整，分布式控制架构确保系统响应时间低于100 ms，通过各工艺单元独立的参数调节模块可以对参数进行精准控制[5]。故障诊断预警功能和专家经验库可以辅助操作人员及时调整工艺参数，多传感器数据融合技术可以实现参数协同优化，系统自动生成的班次参数趋势报告为工艺调整提供数据依据。

　　3评估分析

　　采用标准评价装置（膜片面积为50 cm2）对改进型钠滤膜进行性能测试，进水水质按GB/T 30670—2014《纳滤膜元件试验方法》配制。该膜在2～12 bar（0.2～1.2 MPa）操作压力范围内可实现性能参数的灵活调控，如表1所示。纯水渗透系数可根据需求设定在18～25 LMH/bar（1.8～2.5 L/（m2·h·MPa）范围，对NaCl及Na2SO4的截留率可分别调控至40％～60%和95％～99％区间，以满足不同工况要求。72 h抗污染性测试（5 mg/L腐殖酸）中，通量衰减率可控制在15％以内。在1 mg/L余氯条件下连续运行500 h后，性能保持稳定。通过精确调节制备工艺参数，可以定向控制膜的性能，并根据实际应用场景灵活设定相关指标。在生产过程中引入在线监测系统，确保各项性能指标始终维持在预设范围内，膜元件压力损失稳定控制在0.8 bar（0.08 MPa）以内，运行过程数据显示工艺参数调控具有良好的重复性和可靠性。

　　4结语

　　基于功能性中间层的聚酰胺膜改进技术在饮用水处理工程中得到了成功应用，通过合理选择中间层材料、优化制备工艺并进行生产线改造，实现了改进型聚酰胺膜的规模化生产，有效解决了传统聚酰胺膜存在的性能瓶颈问题。工程实践证明，改进型聚酰胺膜不仅显著提升了水通量、截留率，而且具有优异的抗污染性能。经济效益分析表明，采用该技术后，设备运行成本降低，产品市场竞争力显著提升。这种改进技术为饮用水处理设备的升级换代提供了可靠的技术支撑，推动了行业技术进步，对促进饮用水处理领域的创新发展具有重要意义。

参考文献

　　[1]翟春霖，段冬，张欣然，等.用于饮用水处理的商品纳滤膜理化特性与过滤性能研究[J].给水排水，2024，60（6）：57-67.

　　[2]彭雨晴.面向水处理的聚酰胺和MXene纳滤膜研究[D].北京：北京化工大学，2024.

　　[3]李*文.基于基膜表面性质调控的高性能聚酰胺纳滤膜的制备及其在水处理中的应用[D].金华：浙江师范大学，2023.

　　[4]孙毅博，于水利，顾正阳.功能性中间层对聚酰胺膜水处理性能影响[J].水处理技术，2023，49（1）：1-6.

　　[5]张同辉.高性能纳米纤维基复合纳滤膜的制备及在水处理中的应用[D].上海：东华大学，2022.