[发明专利]一种纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜

说明书

技术领域

本发明涉及反渗透膜领域，尤其涉及一种纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜。

背景技术

随着全球水资源短缺和水环境污染问题日益严重，海水淡化已成为重要的淡水资源获取技术。反渗透膜法海水淡化工艺凭借处理效率高，出水水质好的优点，已经占世界海水脱盐产水市场份额的一半以上。目前市场主流的聚酰胺反渗透复合膜虽然产水效率高，但仍存在耐氯性不足的缺陷：为了抑制水体中微生物滋长导致的膜污染，实际工艺中需要往待处理水体中添加活性氯氧化剂，在长期使用过程中，残余的活性氯对聚酰胺膜材料产生的破坏作用，使得膜性能发生下降。虽然目前的工艺是在反渗透处理的前端使用活性碳等吸附剂去除余氯，但未除尽的余氯仍会缓慢地破坏聚酰胺膜，使膜的分离性能逐渐下降，缩短了膜的使用寿命。故增强反渗透膜的耐氯性对于延长膜使用寿命，简化预处理工艺具有非常重要的意义。

与传统改性方法(如表面接枝、涂覆以及改变聚合单体的化学结构)增强聚酰胺膜耐氯性的研究相比，混合基质改性法(即聚酰胺膜本体中引入功能纳米材料)因其未改变聚酰胺的本征分子结构，又未引入额外的渗透阻力层，因此其可以有效避免传统改性方法对膜分离性能所造成的损害，是一种极具潜力的膜改性方法。

最近研究表明，通过在聚酰胺膜内掺杂碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料，可以有效提高其耐氯性能。尽管其机理仍缺乏准确的解释，但初步认为是由于这类纳米材料自身高度的电子亲和性使其可以消除聚酰胺在氯化反应过程中产生的自由基，从而阻断氯化反应进行。

但是，几乎在所有提高膜耐氯性的研究中都未涉及改性后膜耐氯性能的可恢复性能问题，即使是上述纳米材料能显著提高膜的耐氯性，但其耐氯的程度也是存在极限且难以得到恢复的。

供电子的高分子共轭聚合物如聚吡咯、聚噻吩与聚苯胺具有可逆的氧化还原反应活性，这一特性使该材料广泛应用于抗腐蚀涂层和化学传感器材料等研究中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜，该反渗透复合膜通过纳米共轭聚合物掺杂改性后，具有良好的分离性能及很高的耐氯性能，并且其耐氯性能可再生。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜，其制备方法包括：将纳米共轭聚合物分散到多元胺水溶液中，得到混合物A；将聚砜支撑膜浸入到上述混合物A中，取出膜并去除溶剂，去除溶剂后的膜与多元酰氯溶液进行界面聚合反应，反应完成后经后处理得到纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜。

上述纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜还可以采用下述制备方法制备，包括：将纳米共轭聚合物分散到多元酰氯溶液中，得到混合物B；将聚砜支撑膜浸入到多元胺水溶液中，取出膜并去除溶剂，去除溶剂后的膜与上述混合物B进行界面聚合反应，反应完成后经后处理得到纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜。

在本发明纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜的制备过程中，将纳米级的共轭聚合物分散于界面聚合水相或有机相单体溶液中，成膜后共轭聚合物可以内嵌于反渗透膜的聚酰胺基上。共轭聚合物富电子，具有可逆的氧化还原反应活性。由于活性氯对聚酰胺膜的氯化降解过程本质上为氧化作用，因此当供电子聚合物引入到聚酰胺膜本体中时，其与氧化剂活性氯的优先反应，将有效抑制聚酰胺膜本体的氯化降解过程；不仅如此，供电子的共轭聚合物的氧化态与还原态之间具备可逆性转变的特点，通过还原剂处理共轭聚合物掺杂改性的聚酰胺反渗透膜，使膜内被活性氯氧化的供电子聚合物恢复到还原态，实现该类膜的耐氯能力的再生。

所述的聚砜支撑膜选用常规的市售产品，如市售的聚砜多孔超滤膜，其平均孔径为30～40纳米。

作为优选，所述的纳米共轭聚合物为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或多种。

聚吡咯、聚噻吩与聚苯胺为高分子共轭聚合物，为富电子体，可供电子，具有可逆的氧化还原反应活性。

作为优选，所述的纳米共轭聚合物的平均粒径为100～200纳米。

由于共轭聚合物的分子链为有机碳骨架，使得共轭聚合物具有较好的亲油性，有利于该类聚合物在有机溶液中的分散。在界面聚合反应过程中可以将纳米共轭聚合物添加到含多元酰氯的有机溶液中，也可将其添加到含多元胺的水溶液中。为了增强共轭聚合物的分散效果，作为优选，在制备混合物A或混合物B时，将混合物A或混合物B恒温超声处理，处理时间不低于30分钟。