[发明专利]一种高通量高选择性复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量高选择性新型复合纳滤膜及其制备方法，所述的方法为：首先，将端羧基的两亲性超支化聚酯酰氯化，得到超支化聚酯酰氯；其次，分别将聚砜支撑膜依次浸泡于哌嗪水相溶液和均苯三甲酰氯、超支化聚酯酰氯组成的混合有机油相溶液中，通过界面聚合反应将超支化分子引入聚酰胺分离层中，制备得到高通量高选择性新型复合纳滤膜。本发明所制备的新型复合纳滤膜，较之传统工艺，其水通量和一价/高价盐的选择性均得到大幅度提高，且选用的超支化聚酯的合成原料便宜，过程简单易控。

(一)技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种高通量高选择性新型复合纳滤膜及其制备方法。

(二)背景技术

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，一般认为，纳滤膜的孔径在0.5-2.0nm之间，截留分子量在200-2000Da之间。目前商业化的纳滤膜主要由多孔支撑层和选择性致密层组成，膜的分离性能主要取决于在界面聚合过程合成的选择性致密层的性质，而界面聚合涉及多元胺和多元酰氯两种单体间的缩聚反应，由此在两种不混溶的溶剂界面处立即生成超薄聚合物膜。由于膜的溶质选择性和溶剂渗透性之间存在固有的“Trade-off”效应，已有大量研究表明，界面聚合期间在两相单体溶液中引入具有纳米分子通道的材料，所制备得到的新型复合纳滤膜，在协同提升膜的渗透性和选择性方面具有较大潜力。

中国专利CN106076132B公开了一种氧化石墨烯改性聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法，相较于传统界面聚合，在油相溶液中加入氧化石墨烯或改性氧化石墨烯以及助溶剂，可以使超薄的活性聚酰胺层中间夹着有序排列的氧化石墨烯或改性氧化石墨烯片层的结构，进而提高通量。此外，中国专利 CN107126845A公开了一种改性碳纳米管和复合纳滤膜及其制备方法，它是将改性碳纳米管通过界面聚合法原位负载到活性层中，提高了其通量、亲水性及抗污染性。但是类似于石墨烯、碳纳米管等无机材料普遍存在与聚酰胺基质间界面相容性差的问题，因而在界面聚合期间容易产生缺陷。而有机聚合物如超支化分子与聚合物基质有着更好的相容性，且结构易于调控，使其相较于无机材料有着独特的优势。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种高通量高选择性新型复合纳滤膜及其制备方法，所述的复合纳滤膜是通过一种贯穿型两亲性超支化聚酯酰氯(HPE-COCl)经界面聚合反应引入到膜的聚酰胺分离层中，由于具有长链的亲水性聚乙二醇嵌段 (PEG)，以及疏水性1,2,4-苯三甲酸嵌段，可以调控哌嗪分子和酰氯分子的扩散速率，影响发生于油、水两相界面的缩聚反应，进而影响膜的表面形貌与分离性能。另一方面，由于HPE-COCl以分子水平引入到纳滤膜中，由于该分子内部具有交替的亲水和疏水相，在水中这些亲水和疏水相会发生分子内的相分离，从而形成多个基于PEG单元的亲水通道和基于苯甲酯单元的疏水微区，这些分子内的通道和微相分离结构会通过毛细作用力，有利于水分子的快速传输，从而提高膜的水渗透通量。

本发明提出在界面聚合期间引入超支化聚酯(HPE)，制备一种高通量高选择性新型复合纳滤膜。

一种高通量高选择性新型复合纳滤膜按照如下方法进行制备：

(1)将端羧基树枝状超支化聚酯(HPE)置于二氯亚砜溶液中，在60-80℃下反应8-24h反应，得到超支化聚酯酰氯(HPE-COCl)；

(2)将步骤(1)中得到的HPE-COCl和均苯三甲酰氯溶解于混合有机溶剂中，制得油相溶液；

(3)将聚砜支撑膜光面浸泡于浓度为1-30g/L哌嗪水相溶液中1-10min，取出，去除膜表面多余溶液并晾干；

(4)将步骤(3)得到的聚砜支撑膜浸泡于步骤(2)得到的油相溶液中5-60 s，进行界面聚合反应，取出，去除膜表面多余溶液并晾干；

(5)将步骤(4)得到的膜在40-80℃下固化交联0-10min(可取0)，经去离子水浸泡洗涤后，得到所述新型复合纳滤膜。