[发明专利]一种复合纳滤膜的制备方法

说明书

本发明提供一种复合纳滤膜的制备方法，将微量的卡巴胆碱作为一种功能性反应单体加入到含哌嗪的水相溶液中进行界面聚合反应，可以实现对聚哌嗪酰胺结构的有效调控，在提高聚酰胺交联程度的同时使最终生成的功能层厚度减少，从而制备出具有高水通量和高盐截留率的高性能复合纳滤膜。本发明方法操作过程简单方便，卡巴胆碱在水相中的加入量很少，对人体无刺激性，在复合纳滤膜规模化生产中的应用前景非常广阔。

技术领域

本发明属于纳滤技术领域，涉及一种复合纳滤膜的制备方法。

背景技术

纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动膜分离过程，纳滤技术的核心是纳滤膜。一般认为，纳滤膜的孔径在1nm左右，可对纳米尺度的组分进行有效分离，如高价盐、小分子有机物以及微污染物的脱除，或者作为分子筛对高价值分子进行分级、纯化和脱盐等。拥有高分离精度的纳滤技术，近年来已经广泛应用到水处理、化工、食品、制药等行业，成为分离、浓缩和纯化过程中最常用的处理方法之一。

界面聚合是目前最广泛使用的制备复合纳滤/反渗透膜的方法。该方法主要通过含多氨基的水相单体与含多酰氯的油相单体在两相界面处发生缩聚反应，从而在多孔支撑膜表面生成一层具有选择透过性的聚酰胺功能层，决定了复合膜的分离性能。其中在商品化复合纳滤膜制备中最常用的两种水相单体分别是间苯二胺(MPD)和哌嗪(PIP)。研究表明，间苯二胺和哌嗪由于分子结构的不同造成与多元酰氯反应制备的相应纳滤膜分离性能之间存在显著差异。间苯二胺通常作为反渗透膜制备过程中的水相反应单体，基于间苯二胺单体制备的复合纳滤膜整体脱盐率较高，而利用哌嗪与均苯三甲酰氯(TMC)反应制备的复合纳滤膜具有较高的一价/二价离子选择性，更符合纳滤膜在技术概念上的定义，与反渗透、超滤膜的应用场合具有差异化，正逐步成为纳滤膜市场的主流产品。聚哌嗪酰胺功能层的合成路线如下式所示：

一般来讲，界面聚合过程中主要通过调控反应单体在两相中的分配系数和扩散速度，以达到膜表面聚酰胺功能层疏松程度的合理化。如采用相转移催化剂可以促进反应单体从水相向油相界面处的转移或者直接提高水相中反应单体的浓度都可以增加界面反应速率，提高聚酰胺功能层的交联程度，从而使制备的复合纳滤膜对盐截留率提高，但水通量变化不明显甚至降低；如在水相中添加亲水组分或者降低反应单体的浓度，生成的聚酰胺结构中未反应酰氯基团的含量增加，酰氯基团最终水解为羧酸从而使制备的复合纳滤膜水通量增加，但对盐的截留率下降。可见，目前报道的制备或者改性复合纳滤膜的方法均无法实现膜水通量和盐截留率的同步提高，在提高膜水通量的同时往往伴随着盐截留率的下降，反之亦然。

与聚芳香酰胺功能层的生成过程相比，哌嗪与均苯三甲酰氯之间的反应活性较低，形成的交联聚酰胺结构较为疏松，对未反应单体穿过初生薄膜层的阻碍作用有限，因而受两相单体之间接触条件的影响较大，对生成的聚哌嗪酰胺结构的调控更加困难，制备的复合纳滤膜往往无法同时兼具高水通量和高截留率。目前基于哌嗪单体制备的商品化复合纳滤膜的水通量仍然偏低，与基于间苯二胺制备的复合纳滤膜相比优势并不明显，如果能够在保持较高盐截留率的同时显著提高聚哌嗪体系复合纳滤膜的水通量，将极大推进纳滤技术的发展和在更广泛领域的应用，具有重要的现实意义和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述不足，提供一种复合纳滤膜的制备方法，其关键技术是将微量的卡巴胆碱作为一种功能性反应单体加入到水相溶液中进行界面聚合反应。

本发明采用如下技术方案：

一种复合纳滤膜的制备方法，步骤包括：

(1)水相溶液的配制：将哌嗪、卡巴胆碱和水混合均匀，然后加入磷酸三钠调节溶液pH为9～11，得水相溶液；

(2)油相溶液的配制：将芳香族多元酰氯和有机溶剂混合均匀，得油相溶液；