[发明专利]一种制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型纳滤膜分离技术，具体涉及一种制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法。

背景技术

纳滤膜是介于超滤和反渗透之间的新型膜分离技术，其操作压力范围在0.2-1.0MPa，膜的截留分子量在200-2000范围内。较之于超滤膜、反渗透膜的膜分离技术，纳滤膜在较低的操作压力下仍具有高的水通量和高的截留率，特别是对二价离子和低分子量的有机小分子具有高的截留率(大于98％)。因此纳滤膜被逐渐广泛地应用于水处理、医药、食品和生物等领域。

纳滤膜的制备工艺大致有以下几种：相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法(最常用)、热诱导相转化法和化学改性法等。在较低压力下，纳滤膜的通量往往较低；在通量合适的条件下，其分子截留往往较低，因此运行成本往往偏高。此外，纳滤膜的抗污染性能和抗氯性能较差。

关于“如何在不损失截留率的条件下提高纳滤膜的通量”的探讨，目前的研究方向主要是简单地通过改变配方体系来实现，如：

通过水相加入多种反应性多元胺单体或者油相添加多种多元酰氯的途径来实现对整体聚酰胺结构的控制，其中最主要的是胺类或者酰氯单体活性的控制，但是效果不显著，基本无法达到期望的水通量水平。

通过在反应体系中加入各种添加剂，使其在界面聚合反应中影响反应的交联度或厚度等增加聚酰胺脱盐层的疏松度，从而提高膜的透水量。但是，此方案除了通量提升幅度有局限性，还由于降低了脱盐层的致密度，使得膜的分子截留下降明显：如在制备高通量纳滤膜的过程中，采用在水相中添加无机纳米粒子，增加膜的有效面积，从而实现通量的提升；或者采用在油相中添加具有与聚酰胺溶解度参数比较接近的非质子性溶剂如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等通过控制酰氯的水解程度增加脱盐层的疏松度；或者通过后处理工艺的化学表面改性来实现通量的提升(如一些酸类、醇类、牛磺酸钠等的表面改性)。

但是上述通过改变配方体系的方法带来的膜性能提升效果并不显著，同时由于反应中引入的其他小分子的副反应导致生成较疏松的脱盐层，因此膜表面带入了更多的负电荷基团，使得膜的抗污染性能下降。一方面达不到对分子截留率范围的有效扩大，另一方面往往会增加后处理工艺的难度，增加了成本；

此外，还有通过“首先涂覆亲水性聚合物，阴干后再添加水相溶液，并在此基础上与油相继续进行界面聚合反应”的途径来优化纳滤膜的性能。但是，此类方法往往因为基膜与第一层脱盐层的粘结不好，长期运行会导致脱盐层的脱落；或者“通过酰氯反应得到聚酰胺脱盐层，然后在脱盐层的基础上，继续涂覆或者交联亲水性的电中性聚合物”的途径来优化纳滤膜的性能，但是此方法往往会使膜的通量下降明显，无法做到抗污染和渗透性能的双重兼顾。

针对目前纳滤膜存在的品种单一、性能偏低、抗污染、耐氯性能较差以及无法满足实际应用长期稳定性要求等问题，提出本发明。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法，旨在超低压条件下明显提升和调控纳滤膜的性能。

本发明采用的技术方案具体为：

一种制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法，包括基膜的预处理步骤、水相溶液的配制步骤、油相溶液的配制步骤以及基膜的处理步骤；其中：

基膜的预处理步骤：将聚砜超滤基膜浸泡在质量分数为0.1-10％的表面活性剂的溶液中0.5-24小时，使用前用纯水冲洗5-30分钟；

水相溶液的配制步骤：配制含有质量分数为0.1-3％的改性剂水溶液，其中包含质量分数为0.1-3％的多官能多元胺类单体和质量分数为0.1-5％的保湿剂，调节pH为7-12之间，将混合物搅拌均匀；

油相溶液的配制步骤：配制含有质量分数为0.05-1％的多官能团酰氯的有机相溶液；

基膜的处理步骤：

首先，将冲洗后的具有支撑层的超滤膜片固定于玻璃板，然后倾倒一定量的水相溶液于超滤膜片表面，使水相溶液完全没过膜表面，浸泡1-60秒后，将水相溶液倒掉，将超滤膜片表面的水相晾干；

其次，倾倒一定量的油相溶液于超滤膜片表面，使油相溶液完全没过膜表面，浸泡1-60秒后，将油相倒掉；

最后，将膜片置于45-125℃的真空烘箱中热处理1-10分钟，待超滤膜片表面的有机溶剂完全挥发后，即制得高通量抗污染的纳滤膜。

在上述制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法中，所述多官能多元胺类为多元胺单体。

在上述制备结构和性能可控的超级纳滤膜的方法中，所述含反应性羟基的化合物为包含至少两个反应性羟基单体的化合物。