[发明专利]一种亲水性耐氯聚砜膜制备与应用

说明书

一种亲水性耐氯聚砜膜制备与应用，属于膜分离技术领域。采用硅烷偶联剂辅助环糊精界面聚合方法对聚砜膜进行改性，得到亲水性耐氯聚砜膜。本发明制备的硅烷偶联剂辅助环糊精界面聚合改性聚砜复合膜具有较好的亲水性和耐氯性能。

技术领域

本发明涉及一种高性能聚砜膜的制备及其应用，具体涉及一种亲水性耐氯聚砜膜的制备及其应用技术，属于膜分离技术领域。

背景技术

聚砜膜具有耐酸碱性强、热稳定性高、机械性能稳定等特点，是目前工业上最常用的聚合物分离膜之一。但由于聚砜膜表面呈疏水性，极易被有机溶质污染，导致其分离性能下降。研究者们采用各种方法对其进行改性，主要包括化学改性、界面聚合、表面浸渍、层层自组装、物理共混等。专利CN111437740A以含有羟基、羧基及磺酸基团的木质素磺酸钠为水相，均苯三甲酰氯(TMC)为油相，在聚砜基膜表面进行界面聚合制备了聚砜纳滤膜，用于日落黄染料水溶液的分离，结果表明，该纳滤膜的渗透通量为14.03L/m²·h·bar，对日落黄染料的截留率达到99.02％。专利CN111249920A将合成的金属有机框架纳米片(Zn-TCPP)通过压滤法固定在聚砜基膜上，然后将表面含Zn-TCPP纳米片的膜分别浸渍间苯二胺(MPD)水相和TMC油相，进行界面聚合，得到含聚酰胺薄层的聚砜反渗透膜，用于2000ppm氯化钠(NaCl)的分离，其截留率为97％左右，通量最高可达5L/m²·h·bar；张宇峰等以超支化的聚乙烯亚胺(PEI)作为水相，TMC作为油相在聚砜膜表面进行界面聚合制备聚酰胺纳滤膜，用于对0.1％硫酸镁(MgSO₄)的分离，结果表明，该纳滤膜对MgSO₄的截留率达到95％，通量为55L/m²·h，(天津工业大学学报，2019，38(1):1-6)。这种聚酰胺改性的复合膜表面亲水性有所提高，但在实际使用过程中，不可避免要使用活性氯以抑制水体中微生物的繁殖。这样，产生的氯离子易与膜表面酰胺基团反应，对分离膜表面造成损伤，导致分离层破坏，使分离性能降低。为了改善聚酰胺膜的耐氯性能，专利CN109364758A公开了一种在聚酰胺类膜表面沉积含有氨基或者酰氧基的硅烷偶联剂，利用碱催化剂使-Si-OH与酰胺键中的N-H反应，以减少活性氯进攻酰胺位点，同时，可将硅烷偶联剂涂层以化学键的方式固定在膜表面。

环糊精是一种由葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖，其环状空腔结构外壁连有很多羟基。为改善界面聚合制备的聚酰胺膜的亲水性，提高膜的抗污染性能，文献(J.Appl.Polym.Sci.2012)公开了一种氨基功能化的环糊精对界面聚合制得的复合膜进行改性，来提高膜的亲水性及抗污染性能。专利CN 102327746A公开了一种多孔支撑膜上通过界面聚合法复合了一层含有环糊精的芳香聚合物功能皮层，显示了良好的纳滤脱盐性能。专利CN106345318 A和CN111359455A公开了将环糊精衍生物直接与多元酰氯进行界面聚合，得到的亲水性复合膜接触角为33-45°，显示良好的纳滤分离性能和抗污染性，并用于渗透汽化醇/水分离。专利CN104128102A公开了环糊精和胺类化合物形成的水相溶液与酰氯类化合物进行界面聚合制备的复合膜用于有机溶剂纳滤分离。

总之，上述改性方法虽然能有效地改善膜表面的亲水性，而且通过引入硅烷偶联剂可提高膜的耐氯性能。但是操作复杂，而且额外的保护层会增加膜的渗透阻力，使膜的水通量降低。

发明内容

针对以上不足，本发明提出一种采用硅烷偶联剂辅助环糊精界面聚合方法对聚砜膜进行改性，得到一种亲水性耐氯聚砜膜。一种亲水性耐氯聚砜膜的制备主要包括如下步骤：

(1)改性液的配制

在搅拌条件下，将环糊精(CD)和硅烷偶联剂按照40:1～5:1质量比溶于水中，使环糊精的浓度为0.5～2.0wt％，完全溶解后得到含硅烷偶联剂的环糊精水溶液，作为界面聚合的水相溶液。另外，在搅拌条件下将含酰氯基团的有机相单体加入正己烷中，充分溶解得到0.15～1.0wt％含酰氯基团有机相的正己烷溶液，作为界面聚合的油相溶液；