[发明专利]一种基于配位作用多层复合分离膜的组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于配位作用多层复合分离膜的组装方法，属于膜分离技术领域。 

背景技术

膜分离技术高效、节能，已在许多行业扮演着重要角色。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。在复合膜制备领域，选择性分离层的超薄化是其中的主要难题之一。利用交替沉积的层层静电吸附技术(LbL)组装的聚电解质薄膜可以通过改变聚电解质的派对数及其它组装条件实现对膜厚度和结构的纳米级调控。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。目前，作为分离膜的聚电解质多层膜构筑基本都以荷相反电荷聚离子间的静电吸附作用力为成膜驱动力，由于层与层之间的静电作用力相比化学键要弱，因此，作为分离膜时，长期稳定性有待进一步提高。此外，基于静电吸附作用力的自组装技术所用的溶剂极性很大(通常为水)，但有相当一部分聚合物由于不含有带电基团、不溶于水，所以不能用静电吸附组装技术实现成膜，因此，发展基于聚合物间其它驱动力构筑多层膜非常必要。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种在多孔支撑体上利用过渡金属与聚合物配位作用构筑多层复合分离膜的新方法。利用本发明的这种基于配位作用多层复合分离膜的组装方法构筑多层膜，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过渡金属离子发生配位作用的官能团，然后通过静态吸附或动态过滤过渡金属离子/聚电解质混合液，再静态吸附或动态过滤组装带有可以与过渡金属发生配位作用官能团的聚合物，反复多次就可以形成超薄的多层复合膜。 

本发明提供了一种基于配位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)按照正负电荷相等的比例将聚阴离子电解质和过渡金属阳离子溶解在去离子水中，配成质量分数0.1％-2％的制膜液A；将可以与过渡金属发生配位作用的聚合物B溶解在溶剂C中，配成质量分数0.1％-2％制膜液D；制膜液静置脱泡； 

(2)对有机多孔膜进行预处理(如等离子处理、水解处理、辐射处理等)，在其表面预涂一层可以与过渡金属发生配位作用的聚合物B； 

(3)在0～1.0MPa压力或-0.02～-0.09MPa的负压作用下，将步骤(1)的制膜液A在有机多孔膜表面静态吸附或动态过滤5s～3600s，使聚电解质引导过渡金属离子与膜表面的官能团发生配位作用，从而沉积在有机多孔膜的外层； 

(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，将步骤(1)的制膜液D在有机多孔膜表面静态沉积或动态过滤5s～3600s，使聚合物的官能团与膜表面的过度金属发生配位作用，从而沉积在有机多孔膜的最外层； 

(6)将有机多孔膜用溶剂C漂洗干净，在30～100℃范围内晾干或烘干； 

(7)重复(3)到(6)就可在有机多孔支撑上实现多层复合膜的组装。 

在本发明中，所述的聚合物B为带有可以与过渡金属发生配位作用官能团 的所有可能的聚合物，如改性的表面活性剂，无机盐等，如双磷酸盐化合物，含有磷酸基团的聚合物，聚4-乙烯基吡啶(P4VP)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚烯丙基氯化氨(PAH)，聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)，聚乙烯基氯化亚胺，壳聚糖(CS)，聚乙烯基胺(PVAM)，聚乙烯基-4-烷基氯化吡啶鎓；所述聚阴离子电解质的特点是长链或侧链上带有电负性的官能团，如磺酸基、羧基、羟基，等等，有聚丙烯酸(PAA)，聚乙烯硫酸盐(PVS)，硫酸葡聚糖(DEX)，聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，磺化聚砜(SPSF)，磺化聚醚砜(SPES)，海藻酸钠，醋酸纤维素，磺化纤维素，羧甲基纤维素，聚4-乙烯基吡啶(P4VP)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚烯丙基氯化氨(PAH)，聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)，聚乙烯基氯化亚胺，壳聚糖(CS)，聚乙烯基胺(PVAM)，聚乙烯基-4-烷基氯化吡啶鎓；所述的过渡金属为元素周期表中所有过渡金属元素，如钴、铜、镍、银、锆、镉等；所述的溶剂C可以是水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，四氢呋喃，呋喃等。