[发明专利]多元胺纳米粒子自组装纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种多元胺纳米粒子自组装纳滤膜的制备方法。以多元胺单体分子为原料，多巴胺为仿生粘合剂，在水溶液中自聚合形成多元胺纳米粒子，通过在多孔支撑膜表面进行原位自组装界面交联制备多元胺纳米复合纳滤膜。通过调节多元胺纳米粒子的表面自组装行为和界面交联过程，优化纳米分离层厚度、交联程度及其表面性质，可获得渗透选择性高和稳定性好的纳滤膜。该纳滤膜在0.6MPa操作压力下，其水通量为80～150，对有机物分子截留率可高达98%，对无机盐离子的截留率一般低于30%。因此，所制备的多元胺纳米复合纳滤膜具有高的分离选择性和水渗透通量，膜制备方法简便可控、成本低廉，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于纳滤膜分离领域，尤其涉及一种多元胺纳米粒子自组装纳滤膜的制备方法。

背景技术

纳滤作为一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，具有操作压力低、无化学反应、无相变、分离高效等优点，在海水淡化、饮用水净化、废水处理和工业物质分离、资源回收等领域中扮演着越来越重要的角色。纳滤膜的孔径通常在0.5~2nm且膜具有一定的荷电性，根据孔径筛分和静电排斥原理，对不同价态无机盐和分子量在100~1000Da有机物分子分离表现出独特的优势。然而，将纳滤膜用于高盐浓度印染废水处理，含抗生素、农药等生化物质废水处理再利用，以及化工生产过程中复杂物质体系的分离纯化时，对纳滤膜综合性能即水渗透性、物质分离选择性和结构稳定性均提出了更高的要求。

纳滤膜一般为高分子复合膜，由活性分离层和力学支撑层组成，可采用不同的方法如溶液涂敷法、原位聚合法、表面接枝法和界面聚合法等将活性分离层负载于多孔支撑层上复合成膜。自1972年Cadotte等采用界面聚合法制备了第一张聚酰胺膜以来，商品化纳滤膜就以全芳香型聚酰胺或哌嗪型聚酰胺膜为主（US Patent 5,693,227; US Patent 5,152,901; US Patent 4,769,148）。随着纳滤膜市场需求量的扩大，聚酰胺纳滤膜的品种不断增多，国内外研究者合成了不同类型的有机相和水相功能单体分子：如5-氯甲酰氧基间苯甲酰氯、5-异氰酸间苯二甲酰氯、N,N-氨乙基磺化丙基哌嗪和六氟代醇修饰亚甲二苯胺等（J. Membr. Sci., 2009, 344, 155-164；J. Mater. Sci., 2010, 20, 4615-4620；J.Membr. Sci., 2013, 431, 171-179），所得新型聚酰胺复合膜较传统聚酰胺膜具有更好的抗氯耐氧化、抗污染性能，但由于界面聚合反应速率快不易控制且具有自抑性，很难使聚酰胺复合膜分离性能突破trade-off效应，获得兼具有高水渗透性和物质分离选择性能。因此，研制一些新型的纳滤膜材料，且通过简便可控方法成膜，对于开发高性能纳滤膜是十分必要的。

本发明提出以多元胺单体分子为原料，多巴胺为仿生粘合剂，在水溶液中聚合形成纳米粒子材料，再于多孔支撑膜表面进行原位自组装界面交联制备多元胺纳米复合纳滤膜。采用上述策略构筑的纳米分离层，其纳米基元材料是由单体分子在水溶液中聚合而成，化学组成和结构易于调节；组装膜内纳米粒子间形成的通道尺寸便于调控，使膜具有高渗透选择性；另外，多元胺纳米粒子含多巴胺组分，能够在粒子间及其与基膜间产生共价键和强非共价键作用，膜具有良好的结构稳定性（Science 2007, 318, 426-430；ACS Appl.Mater. Interfaces 2014, 6, 12566-12572）；使其能够更好地满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种多元胺纳米粒子自组装纳滤膜的制备方法。

多元胺纳米粒子自组装纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将0.1～2质量份的多元胺单体分子和0.02～0.5质量份的多巴胺分子溶解于100质量份的碱性水溶液中，通入氧气，在15～25℃下聚合0.5～6小时，经离心、去离子水洗涤、干燥后得到多元胺纳米粒子；