[发明专利]一种基于构建多重网络结构的高性能的纳滤膜制备方法

说明书

本发明旨在提供一种基于构建多重网络结构的高性能的纳滤膜制备方法，在水相涂覆前先在底膜涂覆多巴胺和水溶高分子混合溶液，因此在底膜上构建三维网络。这种高性能的纳滤膜的制备过程必须先在聚砜底膜上涂覆含有多巴胺和一种或多种水溶性高分子的水相溶液，使得多巴胺自聚成膜，水溶性高分子参杂在多聚巴胺膜中形成三维网络结构，再涂覆含有多元胺的水相溶液，再涂覆多元酰氯溶解于IsoparL(1种异构烷烃溶剂)中的油相溶液，通过界面聚合制备纳滤膜。通过对涂覆液各组分及种类进行优化选择，对后处理温度进行调控，制备出了高性能纳滤膜。

技术领域

本发明属于纳滤复合膜技术领域，具体涉及一种基于构建多重网络结构的高性能的纳滤膜制备方法。

技术背景

纳滤(nanofiltration，NF)是一种介于反渗透与超滤之间的新型压力驱动膜分离过程，因其分离膜大多从反渗透膜衍化而来，且操作压力更低，早期又被称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤膜一般由具有高选择性的皮层与起支撑作用的多孔亚层构成，但其化学组成一般存在很大差异。目前，商品化纳滤膜材料主要有聚酰胺类(FilmTec，Toray，ATM，Trisep)、聚乙烯醇-聚酰胺类(Hydranautics，NittoDenko)、磺化聚砜类(NittoDenko)和乙酸纤维类(Toray，Trisep)等。芳香族聚酰胺纳滤膜是目前市场上销售最多、工业上应用最广泛的一类纳滤膜，复合膜性能主要取决于薄膜的孔道、厚度、粗糙度与亲水性等结构特性和交联度、官能团与化学键等化学特性。界面聚合过程中单体的不同直接决定复合膜的综合性能，因此为了制备具有理想的膜结构与分离性能的纳滤膜，设计与合成不同的单体得到广泛的研究。纳滤膜主要用于水处理及污水处理，聚酰胺纳滤复合膜由3层组成：超薄的聚酰胺活性层；孔状的聚砜(PSf)支撑层；无纺布力学支撑层。致密的表面活性层提供优良的分离性能，聚砜支撑层为表面活性层提供良好的平台，力学支撑层提供良好的力学支撑。相对于其它纳滤膜，聚酰胺纳滤复合膜具有明显的优势，但是仍旧面临几个个方面的问题，尤其是通量和盐离子截留率之间互相限制的关系、膜表面污染和氯氧化等。聚酰胺纳滤膜的通量和盐离子截留率之间有一个互相牵制的关系(Trade—off)：在操作压力不变的前提下，膜的通量可以通过降低聚酰胺层的交联度和厚度来实现，但是膜通量的提高会降低盐离子截留率。通过对膜的改性同时提高膜的通量和盐离子截留率，是目前聚酰胺反渗透复合膜面临的一个瓶颈问题，这也是降低其能耗的一个重要方面。本发明通过在功能分离层构建极亲水的网络结构，不仅增加了复合膜的水通量，也增加了各种盐离子在网络中的通过阻力，增大了复合膜的截留率。与传统的聚酰胺分离层的网络结构不同，本发明的网络结构构建于水相涂覆前，在聚砜底膜涂覆水相前就构建一层三维网络结构，这不仅有利于水相的深层浸透，使得生成的聚酰胺分离层更加致密与完整，而且，由于构建的网络结构及其亲水，弥补了由于聚酰胺层太过致密而损失的水通量。

多巴胺(DOPA)仿生粘附的自聚-复合技术已成为当今材料表面改性的研究热点，但利用该项技术构建网络结构，并进一步制备出纳滤膜的研究较少。本发明利用自聚-复合技术，在碱性环境下，DOPA和水溶高分子混合溶液能在固体表面自聚合，DOPA形成强力附着于底膜的PDOPA层，并使得长链高分子参杂在PDOPA层，形成三维网络结构。然后再制备聚酰胺纳滤膜并提高了反渗透膜的截留和通量，得到了高性能纳滤复合膜。

发明内容

本发明旨在提供一种基于构建多重网络结构的高性能的纳滤膜制备方法。本研究在水相涂覆前先在底膜涂覆多巴胺和水溶高分子混合溶液，因此在底膜上构建三维网络。这种高性能的纳滤膜的制备过程必须先在聚砜底膜上涂覆含有多巴胺和一种或多种水溶性高分子的水相溶液，使得多巴胺自聚成膜，水溶性高分子参杂在多聚巴胺膜中形成三维网络结构，再涂覆含有多元胺的水相溶液，再涂覆多元酰氯溶解于IsoparL(1种异构烷烃溶剂)中的油相溶液，通过界面聚合制备纳滤膜。通过对涂覆液各组分及种类进行优化选择，对后处理温度进行调控，制备出了高性能纳滤膜。

本发明是通过下述技术方案实现的：