[发明专利]一种多元缓冲体系制备复合纳滤膜的方法

说明书

本发明属于纳滤复合膜技术领域，具体是指一种多元缓冲体系制备复合纳滤膜的方法。本发明公开了一种水相缓冲配方，将参与界面聚合反应的多元胺单体纳入缓冲体系的构建中，配合有机弱酸、季胺盐或/和季胺碱，按照一定比例混合后构成多元成分的缓冲体系，涂敷于多孔支撑膜表面，阴干后，再涂敷芳香族多元酰氯有机相溶液，最后经一定温度的热处理可制备纳滤复合膜。该多元缓冲水相溶液，一次配置可反复使用，相同条件下制备所得纳滤膜的性能稳定。本发明有效的解决了胺单体容易被氧化失去反应活性的问题，也解决膜产品性能波动的难题，保障了纳滤复合膜的连续化生产，降低水相的消耗，同时提升产品性能的稳定性，从而大大降低纳滤膜的生产成本。

技术领域

本发明属于纳滤复合膜技术领域，涉及一种多元胺单体参与共建的多元缓冲体系制备纳滤膜的方法

背景技术

纳滤膜是一种允许低分子量溶质或低价离子透过的选择性压力驱动半透膜，应用于染料、电镀等高盐高污染的废水资源化，以及市政饮用水处理中。凭借其独特的分离特性近年来在国际市场中的发展非常迅速，围绕其制备方法和应用过程都得到了比较广泛的关注。其中商业产品中主流的纳滤膜为聚哌嗪酰胺复合膜，是通过哌嗪与均苯三甲酰氯两种单体通过在超滤膜支撑层上界面聚合制备获得。界面聚合完成后仍存在未反应的胺基(-NH₂)和羧基(-COOH)基团，在一定的溶液环境中能形成相应的电荷，所以纳滤膜的分离机理除了物理筛分，静电排斥也起到了重要作用。

界面聚合的反应速度极快，约10²-10⁶mol/s，哌嗪作为水相反应单体，具有非常理想的反应活性，瞬间可以扩散聚合，几乎也是同时终止反应，形成具有特定结构的较为疏松的荷电分离层。但哌嗪的平面结构使得胺基(-NH₂)基团在水溶液中非常容易吸收空气中的二氧化碳，失去界面聚合反应活性。这一特点甚至让虞辉等一些研究人员将哌嗪水溶液作为二氧化碳的吸收剂进行应用的研究，并获得了效果较好的结论。对于聚哌嗪酰胺纳滤复合膜的研究来说，哌嗪水相溶液在空气中不断的被氧化，使得活性基团的浓度不断的降低，表现为哌嗪水溶液敞口慢速搅拌放置于空气中，pH值快速的下降。而国内常见的纳滤膜制造过程的水相溶液都是重复使用的，使得界面聚合后制备所得纳滤膜性能出现较大的波动，甚至无法完整成膜。这一现象以及相应的解决方案并未见论文和专利相关的报道，若不考虑追加高昂的设备投资和漫长的设备改造，7生产中只能试图通过一系列的实验、调试和摸索进行复杂的成分补偿，以稳定纳滤膜产品的性能。就目前国内市场上主流的产品性能评价，结果也只能差强人意。

实验室研发聚酰胺聚合的水相配方中往往会有一些缓冲体系成分，往往还会加入一些盐类作为相转移催化剂，促进反应单体突破界面更充分和彻底的进行聚合，兼顾底膜的保湿效果，确保纳滤膜优良的透水性。为了最大程度的简化配方成分，考虑能否将相转移催化剂的盐与反应单体都纳入缓冲体系中，另外添加一种酸性的成分经过特定比例的混合，形成一种多元组成的缓冲体系。一方面尽可能最小化二氧化碳对其的影响；另一方面平衡参与聚合反应的活性胺基基团的浓度。这也是本发明的创新点所在，将胺单体纳入缓冲体系中，通过三种成分的联动机制，实现储存和缓释聚合反应活性基团的效果，无需外部补加即可重复作为界面聚合水相溶液使用。同时兼顾制备膜片的综合性能，选取相转化催化效果优良的脂肪族季铵盐，有效提升两相单体聚合反应的扩散速度与反应程度，起到调控聚酰胺分离层结构和组成的作用。但另一方面盐类也是一种保湿成分，能够在热处理过程中较好的保护底膜的水通道。匹配有机相溶解性好的水溶性直链有机弱酸，提升其与单体结合后参与反应突破界面充分聚合的能力，也考虑被引入聚酰胺结构中能够形成独特的疏松、富荷电性能的分离层，最终表现出优异的综合分离性能。

发明内容

本发明旨在提供一种新的水相配方缓冲体系，创造性的将反应胺单体纳入缓冲体系中，配合脂肪族季铵盐类相转移催化剂和水溶性直链弱酸，以特定比例混合后作为水相溶液的缓冲体系，溶液敞口慢速搅拌放置在空气中pH稳定。实现生产上仅通过控制水相胺单体在内的成分配比即可实现水相状态稳定，可反复使用制备具备市场竞争力的纳滤复合膜。