由于樹枝狀聚合物的獨(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, 一個樹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數(shù)量級, 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)來生產(chǎn)出長度更長、相對分子質(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)無論在其現(xiàn)有長度上、原子位置上、共價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法避免的不精確性和臨界變異性。相比之下, 通過逐步順序反應(yīng), 樹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。對比兩種技術(shù)的差異可知: 樹枝狀聚合物的生產(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。
一套產(chǎn)水量 216 m3/h 的市政反滲透系統(tǒng)使用基于樹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的膜系統(tǒng)性能的變化見圖 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用基于樹枝狀聚合物的反滲透膜阻垢劑后的 9 個月中, 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, 由于樹枝狀聚合物分子特殊的幾何和化學(xué)特征, 使基于樹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)勢十分明顯。
相比晶體修改劑, 樹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,也減少了對環(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5 mg/L, 阻垢劑本身就會污染膜系統(tǒng), 而樹枝狀聚合物的穩(wěn)定性使其對膜絕對安全, 實(shí)際測試顯示當(dāng)加藥質(zhì)量濃度高達(dá) 1 000 mg/L 時, 對膜元件也無任何污染。
