[发明专利]一种基于共价作用组装多层复合分离膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于共价作用组装多层复合分离膜的方法，属于膜分离技术领域。 

背景技术

膜分离技术是当代新型高效分离技术，以其节约能源和环境友好的特征成为解决人类面临的能源、环境等重大问题的支撑技术之一。复合膜集成了支撑膜的多孔通透性及分离层的高效选择性，是一类重要的分离膜品种。在复合分离膜的制备领域，聚电解质复合物是一类理想的成膜材料。聚电解质，又称聚离子，是指在主链或侧链中带有许多可电离的离子性基团的高分子。聚电解质可分为聚阳离子、聚阴离子以及具有正负两种电荷的离解性基团的高分子，即两性高分子电解质。自从20世纪90年代Decher等人首次提出利用由带相反电荷聚电解质之间的静电作用在液-固界面交替沉积形成多层膜的技术以来，这种层层静电吸附(LbL)自组装被认为是一种构筑聚电解质复合膜的有效方法。目前，一些学者已利用聚阴离子与聚阳离子之间的静电吸附，制备出性能优异的聚电解质复合分离膜。但是，这种方法制备出的复合膜，由于仅靠静电吸附力的作用形成聚电解质复合物活性皮层，多层膜在耐溶胀性和耐酸碱性等方面尚有待进一步提高，本发明提供一种基于共价作用为成膜驱动力的多层膜构筑新方法，可在不同形式支撑体上实现组装。相比于静电吸附作用，这种通过共价作用形成的多层复合分离膜，使膜的稳定性和耐酸碱性得到显著提高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种在有机支撑体上利用戊二醛与聚合物基于共价作用构筑多层复合分离膜的新方法。利用本发明的组装方法，能实现选择性分离层的超薄化，提高复合膜的稳定性，有效抑制组分对膜材料的过渡溶胀，得到高性能和高稳定性的分离膜。 

本发明的原理是：首先将支撑体进行预处理，使其表面带有可以与聚合物发生静电作用的官能团，然后通过静态浸泡或动态过滤聚电解质溶液，再静态浸泡或动态过滤带有可以与聚合物发生共价作用官能团的戊二醛，反复多次就可以形成超薄的多层复合膜。它是利用聚合物的氨基和戊二醛的醛基 发生化学反应形成共价键来组装成膜的，由于共价键作用力比一般的静电力和氢键力更强，从而可有效提高膜的稳定性。 

本发明提供了一种基于共价作用多层复合分离膜的组装方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)将聚阳离子电解质溶解在溶剂中，配置成制膜液，静置脱泡；将戊二醛溶解在溶剂中，配置成制膜液，静置脱泡； 

(2)对有机膜进行预处理(如等离子处理、水解处理)，在其表面荷负电以便和聚阳离子电解质结合； 

(3)在0～1.0MPa压力或-0.02～-0.09MPa的负压作用下，将聚阳离子电解质制膜液在有机膜表面静态吸附或动态过滤5min～60min，使聚电解质沉积在有机膜上； 

(4)将有机多孔膜用去离子水漂洗干净，在30～100℃范围内烘干； 

(5)在0～1.0MPa压力或-0.02～-0.09MPa的负压作用下，将戊二醛溶液的制膜液在有机膜表面静态沉积或动态过滤5min～60min，使戊二醛的醛基官能团与膜表面的聚阳离子氨基官能团发生共价作用，从而沉积在有机膜的最外层； 

(6)将有机膜用去离子水漂洗干净，在30～100℃范围内晾干或烘干； 

(7)重复(3)～(6)步骤0～10次，就可在有机支撑膜上实现多层复合膜的组装。 

在本发明中，所述的聚合物为带有可以与戊二醛发生共价作用官能团的所有可能的聚电解质，如聚乙烯亚胺(PEI)，聚烯丙胺盐酸盐(PAH)，含氨基的蛋白质大分子等；所述的溶剂可以是水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇。 

在本发明的方法中，所述的有机膜为纳滤膜、超滤膜或微滤膜，所述的有机膜的膜材料为有机聚合物膜和有机无机杂化膜，所述的有机膜的组件形式为管式膜、中空纤维膜、平板膜或卷式膜，所述的有机膜的膜孔径为1纳米到100微米之间。 

本发明属于基于共价作用聚电解质复合物层层自组装的方法，即首先将基底进行预处理，使其表面带有可以与聚离子发生共价作用的官能团，然后在上面组装戊二醛，再组装带有可以与戊二醛发生共价作用官能团的聚合物，反复多次就可以形成超薄的聚电解质复合物多层膜。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

一、可以组装性能较好的聚电解质多层分离膜； 

二、所组装的分离膜耐溶剂性能和稳定性较高； 

三、聚电解质分离膜的厚度可以控制在纳米级别。 

具体实施方式