由于樹(shù)枝狀聚合物的獨(dú)特幾何構(gòu)造表現(xiàn)出與線性分子完全不同的性能。在水溶液中, 一個(gè)樹(shù)枝狀聚合物分子隨尺寸增加所占有的體積為非指數(shù)性迅速增大, 而其質(zhì)量的增加卻是指數(shù)性的, 所以其分子內(nèi)部的密度是非均一的。相比密度均一的線型聚合物分子, 樹(shù)枝狀聚合物分子內(nèi)部密度的變化極大增強(qiáng)了其在水中的溶解度和反應(yīng)活性, 其黏度也比線性分子小了幾個(gè)數(shù)量級(jí), 所以, 在實(shí)際應(yīng)用中, 可以觀察到其超強(qiáng)的溶解性和可濃縮性。
傳統(tǒng)的聚合物化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展仍然是圍繞著可反應(yīng)的模塊基團(tuán)來(lái)生產(chǎn)出長(zhǎng)度更長(zhǎng)、相對(duì)分子質(zhì)量更大的線性分子。然而, 這種直鏈型線性分子的設(shè)計(jì)無(wú)論在其現(xiàn)有長(zhǎng)度上、原子位置上、共價(jià)鍵連通性上和分子的整體形狀上都非其現(xiàn)有合成技術(shù)可控制, 所合成的線性分子有著無(wú)法避免的不精確性和臨界變異性。相比之下, 通過(guò)逐步順序反應(yīng), 樹(shù)枝狀聚合物有著算術(shù)精度的非連續(xù)可計(jì)數(shù)分叉叢。對(duì)比兩種技術(shù)的差異可知: 樹(shù)枝狀聚合物的生產(chǎn)更加精密, 更加可控, 最終合成的分子具有可靠的完整性, 這成為其在可控制水化學(xué)應(yīng)用中的顯著優(yōu)勢(shì)。
一套產(chǎn)水量 216 m3/h 的市政反滲透系統(tǒng)使用基于樹(shù)枝狀聚合物的阻垢劑相比直鏈型線性分子聚合物阻垢劑所帶來(lái)的膜系統(tǒng)性能的變化見(jiàn)圖 4。由圖 4 可以看出, 該系統(tǒng)從 2001 年 1 月到2001年 7 月使用直鏈型阻垢劑。在此期間膜系統(tǒng)需要 6 次化學(xué)清洗。從 2001 年 8 月?lián)Q用基于樹(shù)枝狀聚合物的反滲透膜阻垢劑后的 9 個(gè)月中, 反滲透只進(jìn)行了 1 次清洗, 而且在清洗后系統(tǒng)產(chǎn)水量明顯增加,而壓差卻降低。
可見(jiàn), 由于樹(shù)枝狀聚合物分子特殊的幾何和化學(xué)特征, 使基于樹(shù)枝狀聚合物的反滲透膜阻垢劑相比晶體修改型阻垢劑優(yōu)勢(shì)十分明顯。
相比晶體修改劑, 樹(shù)枝狀聚合物擁有巨大的內(nèi)外表面積和巨量終端功能團(tuán), 所以可以提供比其他阻垢劑更高的阻垢載荷, 使其能控制各種金屬離子、有機(jī)分子和無(wú)機(jī)分子。更高的溶解度使其與傳統(tǒng)阻垢劑標(biāo)準(zhǔn)液相比可以最大 11 倍濃縮生產(chǎn), 因此比傳統(tǒng)阻垢劑標(biāo)準(zhǔn)液可以節(jié)約 90%的運(yùn)輸儲(chǔ)運(yùn)成本, 減小加藥系統(tǒng), 使用也更加方便。分子設(shè)計(jì)中不含任何有機(jī)磷或無(wú)機(jī)磷酸鹽, 這樣不僅可以減少膜系統(tǒng)微生物污染的危險(xiǎn),也減少了對(duì)環(huán)境的影響。由于線性聚合物分子其本身的不穩(wěn)定性和較低的溶解度, 為了加強(qiáng)對(duì)諸如BaSO4等垢的控制, 常常需要加入更多的線性聚合物阻垢劑。這些傳統(tǒng)的阻垢劑穩(wěn)定性比樹(shù)枝狀聚合物相差近 20 倍, 一旦在反滲透中加藥質(zhì)量濃度超過(guò)5 mg/L, 阻垢劑本身就會(huì)污染膜系統(tǒng), 而樹(shù)枝狀聚合物的穩(wěn)定性使其對(duì)膜絕對(duì)安全, 實(shí)際測(cè)試顯示當(dāng)加藥質(zhì)量濃度高達(dá) 1 000 mg/L 時(shí), 對(duì)膜元件也無(wú)任何污染。
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