[发明专利]一种提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜性能的方法

说明书

本发明提供了一种加入多壁碳纳米管以提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜性能的方法。其步骤包括以聚砜超滤膜为基膜，以聚乙烯亚胺为聚电解质阳离子层，含少量多壁碳纳米管的木质素磺酸钠为聚电解质阴离子层，用层层自组装技术在其上沉积制备了新型复合纳滤膜。多壁碳纳米管作为多孔添加材料加入聚电解质分离层，可提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的渗透通量，得到具备高渗透性和高选择性的纳滤膜。

技术领域

本发明涉及纳滤复合膜制备领域，尤其涉及一种通过添加碳纳米管提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜性能的制备方法。

背景技术

膜分离技术作为一种新型的分离技术，具有选择性高、操作简单、能耗低、占地少、无污染等优点。膜分离技术包括很多种类，其中用于水处理领域中常见的包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。纳滤膜的孔径一般在1nm左右，截留分子量一般为300-500Da，其水通量与盐截留性能介于超滤和反渗透之间，因此纳滤可以以一个相对较低的操作压力来获得大分子或高价离子的截留，同时还能保证较高的水通量。纳滤膜分离技术具有分离过程无相变、操作条件温和、设备简单、占地面积小等优点，被广泛应用于食品浓缩、工业废水处理、饮用水制备、物料回收、染料脱除等领域。

碳纳米管是典型的富勒烯，又称巴基管，是一种管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米。据理论计算，碳纳米管纤维的强度是钢的100倍，而质量仅为钢的1/7，如果能做成碳纤维，将是理想的轻质高强度材料。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻六边形结构连接完美具有良好的力学性能、柔韧性许多异常的电学和化学性能等优点，其结构比高分子材料稳定。采用碳纳米管与有机聚合物杂化制备复合膜，复合膜的渗透性、抗污染性和截留率得到了提高。根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管，本发明使用的为多壁碳纳米管。目前，有研究者采用碳纳米管作为杂化材料制备了纳米杂化膜从而使得复合膜的渗透性、抗污染性和截留率得到了提高。此外，采用碳纳米材料制备的复合膜可能会导致细菌和病毒失活，还可改善膜表面的抗菌性。

公开号为201710668477.0和201710668457.3的中国专利申请中公开了一种以聚乙烯亚胺(PEI)为聚电解质阳离子层、木质素磺酸钠(SL)为聚电解质阴离子层、支撑电解质氯化钠优化、通过聚电解质层层自组装法而制备的复合纳滤膜。聚乙烯亚胺(PEI)/木质素磺酸钠(SL)复合层通过戊二醛交联可形成结构稳定的复合层，从而制成具有良好分离性能的聚电解质层层自组装纳滤膜。羧基化多壁碳纳米管因带可电离水解的羧基官能团成负电荷性，其在水溶液中分散性较好；将羧基化多壁碳纳米管加入木质素磺酸钠溶液中作为阴离子自组装溶液，可与聚乙烯亚胺发生配位作用得到含多壁碳纳米管的聚电解质复合层。碳纳米管的掺杂可提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的渗透性和选择性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含碳纳米管的聚乙烯亚胺/木素磺酸钠复合膜的具体方法，通过在聚砜超滤膜的表面利用聚乙烯亚胺与木质素磺酸钠聚电解质阴阳离子层间静电力吸附作用形成自组装复合层，并且在聚电解质溶液中加入支撑电解质氯化钠，将一定浓度的多壁碳纳米管均匀分散到木质素磺酸钠溶液中，之后通过戊二醛交联使其形成结构稳定的复合层，提高纳滤膜的选择性能。

上述含碳纳米管的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜的制备方法，其包括以下步骤：

1)将聚砜超滤膜浸入NaOH水溶液中一定时间，取出用去离子水洗至中性待用，分别配制质量浓度为0.15wt％的聚乙烯亚胺水溶液和质量浓度为0.4wt％的木质素磺酸钠水溶液，并向两种聚电解质水溶液中分别加入少量氯化钠，将羧基化多壁碳纳米管按一定比例加入所配木质素磺酸钠水溶液并超声分散均匀，多壁碳纳米管与木质素磺酸钠的质量比为1:40～1:80；