[发明专利]一种电纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及单多价选择性分离膜技术领域，尤其涉及一种电纳滤膜及其制备方法。

背景技术

电渗析是一种基于膜的分离技术，离子在电场作用下通过阳离子膜和阴离子膜达到不同隔室，从而用于分离溶液中带电荷和不带电荷成分。电渗析在海水淡化、废水处理和化学品生产中具有重要应用，电渗析具有良好的相容性、易操作性、灵活性，无需进行前处理而且膜污染较低。随着电渗析技术的不断发展，在电渗析过程中特定离子的传输受到原来越多的重视，单/多价离子的分离因具有广泛的应用前景成为近年来电渗析发展的热点。作为电渗析过程中的核心因素，离子膜的性能直接关系到分离效率和能耗。

传统的离子膜对不同电性的电荷离子具有较好的分离效果，对于同种电性不同价态的离子选择性差。现有技术中的单/多价离子选择性分离膜的分离原理主要集中在尺寸筛分、静电排斥和亲疏水差异等方面，制备方法一般为表面涂覆、静电沉积、层层自组装、物理或化学方法进行表面接枝等。如通过静电吸附在商业阳离子膜表面进行层层自组装而形成的单多价阳离子分离膜，具体方式为将Nafion 115膜依次浸渍在荷正电的聚(丙烯胺盐酸盐)与荷负电的聚(4-苯乙烯磺酸钠)溶液中。在电渗析过程中，阳离子在电场作用下通过多次静电排斥而达到极高的选择性。但是该膜具有易水解的特性，在电渗析过程中所能稳定工作的工作电流密度很低，通量也极低，对于单/多价离子的选择分离性较差。

中国专利“一种用于一/多价离子选择性分离的电纳滤装置”(申请号：2015100301963)首先报道了使用电纳滤装置进行单多价阳离子分离。但专利未对电纳滤装置中使用的电纳滤膜进行定义。电纳滤膜属于单多价选择性分离膜的一种，其特征在于该膜由多孔基底和分离层组成，分离层不荷电或者荷极少量的电荷。在电渗析过程中，分离层通过尺寸筛分、静电排斥和亲疏水差异对单多价离子进行筛分，多孔基底则减少了离子的传输阻力，增大了通量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电纳滤膜及其制备方法，本发明提供的电纳滤膜具有较好的单/多价离子选择性。

本发明提供了一种电纳滤膜，包括：

基膜；

设置在基膜表面的分离层，所述分离层由胺类化合物和酰氯类化合物制备得到。

优选的，所述胺类化合物选自选自带有多氨基基团的胺类化合物中的一种或几种，更优选选自乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、丙二胺和己二胺中的一种或几种。

优选的，所述酰氯类化合物选自带有多酰氯基团的酰氯类化合物中的一种或几种，更优选选自1,3,5-苯三甲酰氯、癸二酰氯和对苯二甲酰氯中的一种或几种。

优选的，所述基膜为多孔荷电膜。

本发明提供了一种上述技术方案所述的电纳滤膜的制备方法，包括：

采用相转化、静电纺丝、拉伸法、热致相分离、外加剂造孔、溶剂交换造孔或电子线辐射蚀刻法制备得到基膜；

将所述基膜浸入胺类化合物水溶液中然后干燥，再浸入酰氯类化合物的有机溶液中进行反应，得到电纳滤膜。

优选的，所述胺类化合物水溶液的质量浓度为0.5～5％。

优选的，所述酰氯类化合物的有机溶液的质量浓度为0.1～5％。

优选的，所述酰氯类化合物的有机溶液中的有机溶剂为与水不互溶的易挥发的有机溶剂，更优选选自正己烷、甲苯或四氯甲烷。

优选的，所述基膜浸入胺类化合物水溶液中的时间为3～180分钟；

浸入酰氯类化合物的有机溶液的时间为30～3600秒。

优选的，所述反应的温度为10～50℃。

与现有技术相比，本发明提供的电纳滤膜制备得到的电渗析装置既可以进行单/多价阳离子的分离，也可以进行单/多价阴离子的分离，对钠离子与镁离子的分离选择性为3.1，高于市售的商业单/多价阳离子选择性分离膜CSO(选择性1.6)，对氯离子和硫酸根的分离选择性为27，远高于市售的商业单/多阴离子选择性分离膜Neosepta ACS(选择性为7.56)。

而且，本发明提供的电纳滤膜的制备方法可以通过采用不同结构的胺类化合物对分离层的分子交联结构进行调整，得到致密度和表面荷电量不同的表面分离层，调节方式简单便捷，而且电纳滤膜的物理化学特征测量方式可靠简便。

另外，本发明优选采用荷电多孔膜作为基膜，基膜带有荷正电或荷负电的离子交换集团能够减少离子在膜内的传输阻力，提高通量。

附图说明