[发明专利]原位还原纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位还原纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜的制备方法，以多巴胺为仿生还原剂，与多元胺单体分子在水溶液中进行迈克尔加成和席夫碱反应形成聚多巴胺‑多元胺有机纳米粒子，然后通过界面聚合反应与多元酰氯形成聚多巴胺‑多元胺纳米粒子填充聚酰胺膜，利用改性后聚酰胺膜表面含有的聚多巴胺原位还原形成银纳米粒子，制得纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜。本发明所制备的纳米银抗污染改性聚酰胺膜具有良好的水渗透性，优异的抗菌和抗污染性能，且膜制备方法简单易于放大生产，具有很好的工业化前景。

技术领域

本发明属于聚酰胺反渗透膜分离领域，尤其涉及一种原位还原纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜的制备方法。

背景技术

随着淡水资源的日益短缺，聚酰胺反渗透膜被广泛应用于海水淡化、饮用水净化与废水处理等。然而，面对日益复杂的分离应用体系，聚酰胺反渗透膜膜仍然存在以下关键性问题：一方面是水渗透性与物质分离选择性之间相互制约的trade-off效应；另一方面是长期运行过程中，膜的抗污染性和稳定性问题。其中包括生物大分子，天然有机物，乳化油、微生物和胶体在内的复杂污染体系通常会导致严重的膜污染，这会使膜的分离性能和使用寿命大大降低。为了解决上述问题，近年来已经积极地研究开发了一系列高渗透性或抗污染性聚酰胺反渗透膜(CN 104667759A；CN 109289558A；CN 110650789A；J.Mater.Chem.A,2015,3:6798-6809)。

蛋白质和天然有机物类污染物，通常通过疏水相互作用或特异性吸附作用粘附在膜表面，通过对膜表面进行亲水化改性可以在膜表面形成水合层有效防止污染物的侵袭。对于微生物类污染物，首先它们通过多种物理相互作用吸附在膜表面，然后进行生长和繁殖，最终在膜表面形成生物污染层。将有机/无机抗污染材料引入膜中，可以提高膜的抗污染性。根据抗菌机理不同可将抗菌材料分为两类：例如纳米银类，纳米铜类等基于释放性的抗菌材料，以及基于接触性抗菌机制的材料，例如含有季铵/季磷基团，两性离子基团的聚合物材料，氧化石墨烯和碳纳米管等碳基纳米材料。与基于接触式抗菌机制的材料相比，基于释放特性的抗菌材料不易被污染物所覆盖而失去抗污染/抗菌效果。在常见的基于释放特性的抗菌材料中，银纳米粒子具有独特的表面抗菌性能，良好的亲水性和配位结合性，将其用于修饰膜表面改善抗污染性能方面具有良好的潜力。

近年来，研究者通常在聚酰胺膜内引入纳米材料构建水传输通道以提高聚酰胺膜的水渗透通量。然而无机纳米材料与聚酰胺基膜之间相容性较差，导致膜结构不稳定而影响膜的整体性能。因此，在聚酰胺膜内引入具有良好分散性和相容性的有机纳米材料构建水传输通道是提高膜渗透性能的有效方法。多巴胺是一种生物神经递质，能自发在湿态下进行氧化自聚形成聚多巴胺，聚多巴胺中含有大量的邻苯二酚基团、氨基和亚氨基等活性官能团。将聚多巴胺引入聚酰胺膜中可为膜进行二次修饰提供理想平台。此外，聚多巴胺含有邻苯二酚基团对金属离子有很好的结合力，同时具有较强的还原性，可以将金属离子原位还原成具有抗污染性能的金属纳米粒子。

基于以上分析，我们在含有多元胺单体分子的水溶液中加入多巴胺。通过两者之间的迈克尔加成和席夫碱反应形成聚多巴胺-多元胺有机纳米粒子，然后通过界面聚合反应与多元酰氯形成聚多巴胺-多元胺纳米粒子填充聚酰胺膜。改性后的聚酰胺膜表面含有聚多巴胺的活性官能团，利用聚多巴胺的还原性，在膜表面原位还原银纳米粒子制得纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜。其中多巴胺与多元胺单体反应形成的聚多巴胺-多元胺有机纳米粒子在聚酰胺膜内构建了水传输通道，有效的提高了膜的水渗透通量。同时，银纳米粒子在聚酰胺膜表面原位还原而成，有效的抑制了银纳米粒子的团聚现象，提高了银纳米粒子在膜表面的分散性与负载稳定性。通过这种无机-有机纳米粒子间的协同效应，既可以提升膜的渗透性，也同时赋予了其良好的抗污染性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明期望克服现有技术的不足，提供一种原位还原纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜的制备方法。

原位还原纳米银抗污染聚酰胺反渗透膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：