[发明专利]带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜及其制备方法，将聚砜超滤膜支撑膜于哌嗪溶液中浸渍，形成水相液层；将水相液层与含有均苯三甲酰氯的有机溶液接触，通过界面聚合反应在聚砜超滤支撑层表面形成聚亚酰胺层，即得初始纳滤膜；将聚亚酰胺层聚砜超滤膜浸泡在含有叔胺单体和偶氮类引发剂的溶液中，表面接枝改性，得到含有叔胺基团的叔胺基纳滤膜；用去离子水清洗干净，用含磺酸内酯或烷基磺酸盐单体的溶液进行季铵化，清洗干净之后即制得带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜。本发明制备的新型高通量、高截留的刷状两性离子纳滤膜适用于水软化、废水处理等领域，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳滤膜技术领域，具体涉及一种高通量、高截留的带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜及其的制备方法。

背景技术

近年来，膜分离技术发展越来越好，由于它的节能、环保、效率高等优势，在分离净化方面拔地而起，发展迅速。纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的新型压力驱动分离过程。纳滤膜是一种具有荷电的分离膜，通过孔径筛分和静电排斥的双重作用有效地对不同价态的无机盐进行了分离。它对一价盐的截留低于50％，但是对多价盐的截留大于90％。纳滤具有操作压力低，成本廉价，选择性强等特点，这决定了它可用于水软化、污水处理、以及生物方面等领域。

目前，制备纳滤膜材料种类很多，如：芳香族聚酰胺类，磺化聚砜类等。但是这些材料制备出来的纳滤膜在一定程度上存在其各自的不足之处，如膜的抗污染性能差，通量低等。最近，有文献报道含有两性基团的纳滤膜，其具有高通量和耐污染性。安全福等在3,3'-二氨基-N-甲基二丙胺与1,3,5-苯三甲酰氯通过界面聚合方法制备的纳滤膜上直接进行1,3-丙磺酸内酯表面接枝进而得到刷状两性离子纳滤膜。此刷状两性离子结构改善了纳滤膜的亲水性，从而提高了透水性和防污性能。这种在功能层内直接引入刷状两性离子结构的方法，可能导致功能层的破坏和纳滤膜离子截留性能的下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有纳滤膜改性的不足之处，提供一种新的高通量、高截留的带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜及其制备方法。本发明的纳滤膜由支撑层、聚酰胺层和含有刷状两性离子功能团的聚合物修饰功能层组成的；其制备过程为：首先在支撑层上界面聚合形成聚酰胺层，即初始纳滤膜，然后在聚酰胺层上通过与自由基聚合先接枝含叔胺基团的刷状高分子聚合物层，然后通过该接枝叔胺聚合物与磺酸内酯或烷基磺酸盐反应，形成带有刷状两性离子基团聚合物修饰层，其特征是在平板层上接枝成如刷子形状的支链聚合物(一端固定在平板层，另一端呈自由支链状)，可以作为水通道并具有阻抗性和温敏性。所制备的刷状两性离子纳滤膜具有高通量，高截留性，制备方法简单可行、成本低，可以应用于污水处理、海水淡化、苦咸水脱盐和化工物料分离浓缩等领域，具有工业化的应用前景。

为制备所述的纳滤膜，所采用的技术方案是这样的：

带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚砜超滤膜支撑膜于哌嗪溶液中浸渍，形成水相液层；

2)将步骤1)所得的水相液层与含有均苯三甲酰氯的有机溶液接触，通过界面聚合反应在聚砜超滤支撑层表面形成聚亚酰胺层，即得初始纳滤膜；

3)将步骤2)形成的聚亚酰胺层聚砜超滤膜浸泡在含有叔胺单体和偶氮类引发剂的溶液中，在一定温度下进行4小时的表面接枝改性，得到含有叔胺基团的叔胺基纳滤膜；用去离子水清洗干净之后再用含磺酸内酯或烷基磺酸盐单体的溶液进行12小时的季铵化，清洗干净之后即制得带有刷状两性离子聚合物修饰层的纳滤膜。

其中，步骤1)中哌嗪的质量分数为0.2wt％；其溶液的pH＝10。

步骤1)还包括：在浸渍之前，将聚砜超滤膜支撑层用去离子水进行清洗，晾干后将水相溶液倒在聚砜超滤支撑层的表面4min，然后倒掉水相溶液再晾干。

步骤2)中均苯三甲酰氯的质量分数为0.1wt％，有机相溶剂为正己烷。