[发明专利]一种高表面粗糙度的纳滤膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高表面粗糙度的纳滤膜材料及其制备方法，通过采用湿法非织造技术制备孔径小、均匀度高、亲水性强、致密性大的高表面粗糙度的聚合物纳米纤维涂层，有助于后续界面聚合的进行，以形成厚度小、纳滤分离性能优异的分离层，可显著提升截留率及渗透性；同时采用具有大变异系数直径分布的纳米纤维，所形成的致密纳米纤维涂层材料由粗纤维和细纤维组成，细纤维柔性搭接于粗纤维间，形成显著的高低起伏的涂层表面轮廓，将其作为纳滤膜的中间层，有助于形成高表面粗糙度的界面聚合分离层，因此能够显著提高纳滤膜的有效渗透面积，以提升纳滤膜的渗透性，为纳滤膜表面结构调控提供了新的思路，且本发明制备过程绿色无污染，易于规模化生产。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种高表面粗糙度的纳滤膜材料及其制备方法。

背景技术

纳滤是一种新型膜分离技术，介于超滤和反渗透之间，纳滤过程可在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效的截留二价及高价离子、分子量高于200的有机分子，而使大部分一价无机盐透过，因此广泛应用于海水淡化、食品饮料、石油化工、生物医药、电子信息、环境保护等领域的多种溶液的浓缩和分离纯化过程。尽管纳滤膜作为一种极具应用前景的高分子膜材料，但是如何制备兼具高通量及高选择性的纳滤膜仍然是一个巨大挑战。

中国专利公开号为CN110201544A，公开日为2019.09.06，公开了一种高通量高选择性纳滤膜及其制备方法。该发明制备的纳滤膜包括三层，底层为聚砜超滤基膜，中间层为酸性氨基酸-金属纳米螯合物在聚砜超滤基膜表面沉积而成的超薄沉积层，顶层为聚酰胺层，聚酰胺层形成后在高温下进行后交联。该复合膜高渗透通量，对于一二价盐离子有良好的选择性能，对于染料分子有较高的截留能力，可应用于染料工业生产分离和染料废水处理等领域。

中国专利公开号为CN110743383A，公开日为2020.02.04，公开了一种提高聚酰胺复合膜渗透通量的改性方法。该发明利用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及磺酸内酯在聚酰胺复合膜表面及孔壁内引入两性分子，由此改善复合膜的亲水性和分离性能，从而提高复合膜的渗透通量，该方法无需合成特定单体。该方法虽然可以在保持NaCl脱除率不变甚至增加的基础上提高35-50％的渗透通量，但是总体上渗透通量仍旧较低，不能满足生产需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高表面粗糙度的纳滤膜材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高表面粗糙度的纳滤膜材料，所述纳滤膜材料由高表面粗糙度的纳米纤维涂层膜及其表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层组成；所述高表面粗糙度的纳米纤维涂层膜由聚合物微米纤维非织造材料与涂覆在其表面的高表面粗糙度的聚合物纳米纤维涂层组成，所述纳滤分离层由水相和油相通过原位界面聚合而成，所述高表面粗糙度的聚合物纳米纤维涂层的表层纳米纤维被所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖。

作为上述方案的进一步限定，所述聚合物微米纤维非织造材料为聚烯烃、聚酰胺、聚酯的纺粘或湿法非织造材料中的一种。

作为上述方案的进一步限定，所述高表面粗糙度的聚合物纳米纤维涂层是由直径变异系数在30～70％的纳米纤维组成的致密涂层，所述高表面粗糙度的纳米纤维涂层的纤维平均直径为50～700nm，涂层厚度为2～10μm，涂层密度为5～10g/m²，涂层的表面粗糙度为0.1～1μm，涂层的孔隙率范围为50～90％。

作为上述方案的进一步限定，所述高表面粗糙度的聚合物纳米纤维涂层采用湿法非织造技术制备而成，所述聚合物纳米纤维为乙烯-乙烯醇共聚物或聚酰胺中的一种，所述聚合物纳米纤维由熔融共混相分离法制备。

作为上述方案的进一步限定，所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层厚度为5-50nm，表面粗糙度为1-3μm。

本发明的另一目的在于提供所述的一种高表面粗糙度的纳滤膜材料的制备方法，包括如下步骤：