[发明专利]一种基于配位作用的聚电解质自组装复合纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于配位作用的聚电解质自组装复合纳滤膜的制备方法，属于分离膜的制备技术领域。 

背景技术：

纳滤是一种介于超滤与反渗透之间的膜分离技术。纳滤膜具有独特的荷电特性和分离二价离子的性能，将在海水淡化和水回用方面发挥巨大的作用。在纳滤膜的制备方面的研究，国内外以界面聚合和相转化法为主。近年来，许多研究学者开始研究层层自组装（layer-by-layer，LBL）膜的构筑及功能化。层层自组装技术是通过交替沉积阳离子和阴离子聚电解质，依靠阴阳离子聚电解质之间的静电作用或其他作用力作为成膜驱动力来制备多层膜，这种方法可以较容易地实现对多层膜结构和性能的控制，使膜厚控制在纳米级别。因此，在离子分离、药物载体及控制释放胶囊、修饰电极等各领域有了广泛的应用。 

目前，自组装技术主要依靠聚电解质层与层之间的静电吸引力。这种方法通常要求聚电解质必须带有电荷且易溶于水中，这势必限制了可用于自组装的聚电解质的种类。而且，静电力通常比较弱。自组装技术所使用的膜材料通常是亲水性物质，这类物质在水中会发生溶胀，长时间使用时所制得的纳滤膜在水中发生溶胀，性能遭到破坏以至于截留效果降低。除了依靠静电相互作用来构筑这种多层的超薄膜体系外，其它的相互作用如氢键、配位键、化学交联反应等也可作为成膜的推动力。这些发展和改进都丰富了这种交替沉积的组装技术，也为构筑功能性多层膜提供了更广泛的可选择性。其中，金属配位作用是一种比静电力更稳定的力，可作为一种成膜驱动力来构建多层膜。 

近年来发展的层层自组装技术的制备方式主要有两种：静态法以及动态法。静态交替自组装制备纳滤膜的方法比较常见，目前自组装制备纳滤膜基本都采用静态法，这种方法基本操作步骤是将基膜交替在阴阳离子聚电解质中交替沉积，最终得到相应的层数，可以实现单分子层的层层自组装，比较简单易操作。动态法是基于死端过滤，将阴阳离子聚电解质在一定压力下依次沉积在基膜表面，可以加快聚电解质的运动速度使之更加均匀地覆盖在超滤膜表层，减少支撑层缺陷，在较少层数时即可达到较高的截留率，提高组装效率，但易形成“凝胶”层。 

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，旨在解决目前自组装纳滤膜在水中易发生溶胀而导致截留性能下降等问题，采用基于错流过滤的方法来制备自组装纳滤膜，提供一种 基于配位作用的聚电解质自组装复合纳滤膜的制备方法。 

为了实现上述发明目的，本发明方法按照如下步骤操作： 

（1）以去离子水配制具有配位功能的非放射性过渡金属离子的可溶性无机盐溶液，并用此溶液配制聚阴离子电解质溶液，所配聚电解溶液中聚阴离子电解质的质量分数为0.1%～2%； 

（2）以去离子水或有机溶剂配制易与过渡金属形成配合物的聚阳离子电解质溶液，所配制溶液中的聚阳离子电解质的质量分数为0.1%～2%，所述的有机溶剂为醇类，胺类等； 

（3）基膜用去离子水冲洗或浸泡，去除表面的保护液及其它杂质； 

（4）在0～0.5MPa压力条件下，将聚阴离子或聚阳离子电解质溶液错流流过基膜表面3～30分钟，使聚电解质在基膜表面自组装形成聚离子薄层膜； 

（5）用去离子水冲洗掉膜表面的多余聚电解质溶液； 

（6）在0～0.5MPa压力条件下，将与上一层带相反电荷的聚离子电解质溶液错流流过基膜表面3～30分钟，使聚阳离子电解质与聚阴离子电解质通过过渡金属离子的配位作用发生自组装，形成聚电解质复合膜； 

（7）用去离子水冲洗掉复合膜表面的多余聚电解质溶液； 

（8）重复（4）～（7）的步骤2～10次，使带相反电荷的聚电解质在基膜表面交替组装，最终形成2～10个双层的基于配位作用的聚电解质自组装复合纳滤膜； 

（9）重复（4）～（5）步骤1次，得到层数为奇数的基于配位作用的聚电解质自组装复合纳滤膜； 

（10）采用热处理，在30～80℃下烘干，提高聚电解质自组装复合纳滤膜的分离性能。 

本发明方法所述的聚阴离子电解质溶液中的过滤金属无机盐浓度为0.1～1.0M。 

本发明方法所述的基膜为超滤膜或微滤膜，基膜的材质为无机膜或有机膜，或无机/有机复合膜，基膜的组件形式为平板式、中空纤维、卷式、管式。