[发明专利]一种后处理制备抗污染正渗透聚酰胺复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种后处理改性提高正渗透聚酰胺复合膜抗污染的方法。

背景技术

水资源短缺问题已经成为全球性的挑战。膜技术具有高效率、低能耗、操作管理方便等诸多优势，在应对该挑战的过程中发挥着重要作用。作为一种新兴的渗透压驱动膜处理技术，正渗透(Forward Osmosis,FO)技术以其在处理一些特殊原水时独特优势，被认为是常规膜工艺的有效补充。正渗透技术利用汲取液和原料液之间的渗透压差作为驱动力，水通过选择性膜而将污染物等截留。相对于传统压力驱动膜工艺，正渗透技术具有污染率低，回收率高等优势，在处理具有高盐度，高污染的原料液如海水淡化，污废水回用等方面具有广泛的应用前景。

膜材料是FO技术的核心，而高性能聚酰胺复合薄膜(TFC)的出现，对正渗透的发展具有里程碑式的意义。正渗透聚酰胺复合膜由支撑层和活性层组成，所述的活性层为聚酰胺层，但是聚酰胺由于其表面本身的物化性质，如较为疏水，粗糙度较高，表面富含羧基官能团等，很容易被污染。而膜污染会导致出水量降低，水质变差，能耗增高等一系列缺点，因此，提高正渗透聚酰胺复合膜的抗污染效能，对FO技术的发展进步至关重要。

在中国已公开专利“一种后处理改性制备高选择性正渗透聚酰胺复合膜的方法”(申请号：201410815728.X)中给出一种高选择性正渗透聚酰胺复合膜的改性方法，首先制备正渗透聚酰胺复合膜，同时通过浸泡胺类溶液的后处理方式改变聚酰胺表面的电荷密度(降低羟基密度，增加胺类有机官能团)，从而提高了正渗透膜对水中离子的选择性，降低正渗透的溶质返混现象。改性后的高选择性正渗透聚酰胺复合膜虽然提高了正渗透膜对水中离子的选择性，降低正渗透的溶质返混现象，但是改性后的高选择性正渗透聚酰胺复合膜在水处理过程中仍然存在易被有机污染，从而导致膜出水通量降低，出水水质变差，缩短膜生命周期，进而导致降低正渗透工艺处理效能，增加操作成本的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有正渗透聚酰胺膜在水处理过程中易被有机污染，导致降低正渗透工艺处理效能的问题，而提供一种后处理制备抗污染正渗透聚酰胺复合膜的方法。

一种后处理制备抗污染正渗透聚酰胺复合膜的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、耦合：将盐酸多巴胺溶解于二甲基甲酰胺中，然后在氮气保护下加入2-溴异丁酰溴和三乙胺，并在氮气保护下搅拌反应2h～6h，得到耦合溶液；

二、接枝引发剂：向耦合溶液中加入三羟甲基氨基甲烷缓冲液，得到混合溶液，然后将正渗透聚酰胺复合膜表面的活性层浸没在混合溶液中，且保证正渗透聚酰胺复合膜表面的支撑层不与混合溶液接触，浸没时间为10min～90min，得到接枝引发剂正渗透聚酰胺复合膜；

三、接枝两性离子聚合物：将两性离子单体溶于异丙醇水溶液中，然后在氮气保护下加入氯化铜催化复合物，得到含两性离子单体溶液，在氮气保护下将接枝引发剂正渗透聚酰胺复合膜浸入含两性离子单体溶液中，然后在氮气保护下加入抗坏血酸溶液，并在氮气保护下聚合反应0.5h～3h，然后暴露于空气中终止聚合反应，取出后得到抗污染正渗透聚酰胺复合膜。

本发明的反应过程：在步骤一中，在氮气保护下，首先将原子转移自由基聚合反应将要使用的引发剂耦合接枝到多巴胺上；在步骤二中，在空气和缓冲溶液的环境下使多巴胺接触正渗透聚酰胺复合膜表面，通过多巴胺自生形成聚合多巴胺的聚合反应，使引发剂接枝在正渗透聚酰胺复合膜表面；在步骤三中，主要依靠原子转移自由基聚合反应，使两性离子单体从引发剂的位置在正渗透聚酰胺复合膜上生长，通过改变反应时间，可调控接枝的两性离子聚合物改性层。

本发明的机理：由于正渗透聚酰胺复合膜的聚酰胺活性层由界面聚合生成，其中没有反应的酰氯基发生水解反应形成的羧基为正渗透聚酰胺复合膜表面主导性官能团，导致正渗透聚酰胺复合膜表面较为疏水，粗糙度高，在水处理过程中易于被污染，同时，羧基在有钙离子存在的情况下通过架桥作用会加剧膜污染，而本发明通过在正渗透聚酰胺复合膜表面接枝可调控的超亲水的两性离子聚合物改性层，可有效提高正渗透聚酰胺复合膜表面亲水性，降低粗糙度，从而降低膜污染，同时，两性离子聚合物改性层可大大降低正渗透聚酰胺复合膜表面可用的羧基官能团浓度，降低正渗透聚酰胺复合膜表面钙离子架桥导致的膜污染。