[发明专利]一种耐溶剂纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种适用于海水淡化、苦咸水脱盐及重金属离子脱除、特别是含有机溶剂的工业废水处理用等领域的有机高分子基分离膜。

背景技术

膜分离过程属于速度分离过程中的一种，其以选择性透过膜为分离介质，当在膜的两侧存在某种推动力时(如压力差、浓度差和电位差等)，在推动力作用下不同组分在膜中具有不同的渗透能力，从而能够选择性地透过膜，进而达到分离提纯的目的。此方法与传统的分离方法相比，不仅具有分离效率高、能耗低、占地面积小、过程简单、操作方便、不污染环境、便于与其他技术集成等优点，而且可以直接分离一些按常规方法难以解决的体系，如共沸体系、热敏性体系。

目前应用于海水淡化和离子脱除领域的膜技术主要是反渗透法、电渗析法和纳滤法。其中，反渗透法脱盐率较高、膜渗透通量较小，需要的操作压力也比较高(约1.5～20MPa)；电渗析法脱盐过程其直流电场的电压较高(100～300V)，与反渗透膜法相比，其脱盐率和水回收率较低，且易发生浓差极化而导致结垢，设备复杂易损；纳滤膜法在高价无机盐离子脱除领域具有较高的分离选择性。上述膜分离技术中，使用的分离膜均为高分子基分离膜，其制备过程一般都使用有机溶剂来制备分离膜功能层或基膜，因此这些膜在有机溶剂特别是强极性有机溶剂中的稳定性较差，容易溶胀甚至溶解。近年来，也研究开发了微孔结构的陶瓷纳滤膜技术，但该技术所使用的无机陶瓷材料存在着合成过程较难控制、无机膜孔径控制困难等问题，渗透通量较低，限制了其工业应用的范围。同时，由于无机材料的刚性和脆性特征，为组装设计带来了限制，装填密度较低、有效作用面积小、运行成本高，难以实现规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种易于制备的耐溶剂高分子超滤膜，并在其上涂敷或界面聚合获得复合纳滤膜。通过交联处理得到了在强极性有机溶剂如N,N‐二甲基乙酰胺、N,N‐二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N‐甲基吡咯烷酮水溶液中膜性能没有下降的耐溶剂分离膜。本发明有助于实现含有机溶剂废水的深度处理，同时显著降低使用成本、提高经济性，从而有助于实现规模化应用。

本发明的技术方案：

一种耐溶剂纳滤膜，所述的耐溶剂纳滤膜为一体化平板或中空纤维耐溶剂纳滤膜；所述的一体化平板或中空纤维纳滤膜为由纤维素系列衍生物、壳聚糖系列衍生物、聚乙烯亚胺、磺化聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚苯砜、磺化聚醚酮、氯甲基化聚醚砜、氯甲基化聚砜、氯甲基化聚醚酮、氯甲基化聚苯砜或聚丙烯腈形成的，其厚度为50～500μm，孔径为0～100nm。

一种耐溶剂纳滤膜，所述的耐溶剂纳滤膜包括分离功能层和支撑层，支撑层位于分离功能层下方；

所述的分离功能层为由纤维素系列衍生物、壳聚糖系列衍生物、聚乙烯亚胺、磺化聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚苯砜、磺化聚醚酮、氯甲基化聚醚砜、氯甲基化聚砜、氯甲基化聚醚酮、氯甲基化聚苯砜或聚丙烯腈形成的致密膜或多孔膜，厚度为1～20μm，孔径为0～100nm；

所述的支撑层为由纤维素系列衍生物、壳聚糖系列衍生物、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺形成的，其厚度为50～500μm，孔径为0～100nm。

所述的分离功能层中引入无机纳米添加剂而形成的有机无机杂化膜，无机纳米添加剂包括纳米氧化硅、氧化铝、氧化钛、四氧化三铁、镧锶钴铁、分子筛、石墨烯和无机盐。

所述的支撑层中加入纳米氧化硅、氧化铝、氧化钛、四氧化三铁、镧锶钴铁、分子筛、石墨烯、无机盐中的一种或两种以上混合。

一种耐溶剂纳滤膜的制备方法，步骤如下：

制备一体化耐溶剂平板或中空纤维纳滤膜

将无机纳米添加剂、高分子有机材料和溶剂混合，得到混合溶液或分散液，控制无机添加剂的质量百分百浓度为0～12wt％、高分子有机材料的质量百分百浓度为8～20wt％和溶剂的质量百分百浓度为68～85wt％；将上述混合溶液或分散液均匀涂覆在无纺布上或采用纺丝方式纺织在无纺布上，然后浸入凝固浴或蒸干溶剂的方式获得初步的分离膜；随后采用交联剂进行交联处理，交联温度为10‐120℃，交联时间为1‐30分钟，然后浸在去离子水中，即得到一体化耐溶剂平板或中空纤维的耐溶剂纳滤膜。

一种耐溶剂纳滤膜的制备方法，步骤如下：

(1)制备耐溶剂纳滤膜的支撑膜