[发明专利]一种吖内酯基聚酰胺膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型的吖内酯基聚酰胺膜及其制备方法，属于纳滤膜(疏松反渗透膜)技术领域。该吖内酯基聚酰胺膜由含有吖内酯基团的单体与一级脂肪族胺单体经界面聚合反应后形成。该吖内酯基聚酰胺膜在表面结构上显示为电中性或正电性、具有光滑的膜表面，在性能上表现出对二价及多价阳离子具有优异的截留效果及良好的抗污染性，该吖内酯基聚酰胺膜的CUT‑OFF在300‑600Dalton。可广泛地应用于水软化、染料/盐的分离、不同分子量大小氨基酸多肽分子的浓缩与分离等物料分离过程，亦可用于海水淡化与苦咸水预处理等水处理领域。

技术领域

本发明涉及纳滤膜(疏松反渗透膜)技术领域，具体涉及一种新型的吖内酯基聚酰胺膜。本发明可广泛地用于Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子脱除的水软化过程，这类过程多用于家用净水器、海水淡化与苦咸水预处理领域，亦可用于废水中COD的去除，如染料分子、酚类分子等，染料/盐的分离，亦可用于制药、食品行业中物料的分离浓缩过程。

背景技术

膜分离技术相较传统的蒸馏、精馏等分离技术而言，是一类新型的具有可替代性的分离技术，具有能耗少、占地面积小等优点，广泛地应用于工业生产和日常生活中。膜分离技术中，分离膜材料是实现分离浓缩的关键。常用的膜种类按孔径大小分为：微滤、超滤、纳滤、反渗透等；按制备方法可分为：相转化法、界面聚合法、气相沉积法、层层组装法等。

目前，商业化的纳滤膜、反渗透膜仍以经典的界面聚合法或相转化法制备。纳滤膜分为两类，一类纳滤膜是具有依截留物质的不同分子量进行“切割”的特点，即可实现不同大小的物质间的分离，在分离物料的同时实现不同物质间的浓缩，此类纳滤膜称为高选择性纳滤膜，可广泛地应用于工业废水零排放的脱硝过程及物料的分离浓缩领域；另一类纳滤膜(实际上是疏松反渗透膜)具有优异的二价盐如Ca²⁺、Mg²⁺截留率，同时NaCl截留率在70-90％，此类纳滤膜可广泛地应用于水软化、废水和污水处理及回收、海水淡化与苦咸水预处理等领域。因此，总的来说，一类纳滤膜可用于水中盐分及物料的分离浓缩；另一类纳滤膜可用于水的深度处理即水软化过程以及水中COD的去除等过程。

在这其中，纳滤膜(疏松反渗透膜)重要的应用之一就是水软化，即去除水中高浓度的Ca²⁺和Mg²⁺，降低结垢，这在生活和工业生产中的水供应，及苦咸水和海水脱盐的预处理上十分重要。与传统的水软化工艺如离子交换或石灰碱处理工艺相比，纳滤膜过程具有低能耗、方便及环境污染小的优点。

现有的商业化纳滤膜多以油相的均苯三甲酰氯(TMC)单体与水相的哌嗪单体(PIP)、间苯二胺单体(MPD)通过经典的界面聚合制备而成，由于油相单体中酰氯基团的水解形成羧基使得制备的膜表面呈现一定的负电荷。因此，根据纳滤膜的分离机理(筛分效应及荷电效应)，使得商业化制备的纳滤膜尤其是均苯三甲酰氯(TMC)-哌嗪(PIP)基膜呈现较低的二价阳离子截留率，如Ca²⁺、Mg²⁺。目前纳滤膜的研究有两种策略，一种是在分子水平上设计单体提供纳滤膜合适的孔径尺寸和分布以截留所有的二价阳离子，而另一种策略是调控选择层的表面电荷至正以通过道南效应排斥二价金属阳离子。制备具有特定结构新的水油两相单体，改变界面聚合的溶解-扩散机制，使制备的膜形成针对性的特定结构，是解决上述分离问题的关键。

目前商业化的纳滤膜大多由酰氯单体和胺单体通过在多孔支撑层上进行界面聚合制备而来，如DOW NF系列,GE DK和DL系列，其制备所用的酰氯单体为均苯三甲酰氯，胺单体为哌嗪，这使得制备的膜负电性偏高，对溶液中二价金属阳离子截留率偏低，同时在含有Ca²⁺的污染物时，抗污染性差，这样就使得制备的聚酰胺膜在水软化应用方面存在Ca²⁺、Mg²⁺截留率偏低的问题。另一方面，尽管商业上的界面聚合单体对均由均苯三甲酰氯与间苯二胺组成，但此类聚酰胺膜由于受到间苯二胺溶解-扩散机制的控制，制备的膜表面粗糙度大，抗污染性能差。

发明内容