[发明专利]一种pH响应膜、制备方法及其在多组分溶质分离中的用途

说明书

本发明涉及一种pH响应膜、制备方法及其在多组分溶质分离中的用途，属于膜分离技术领域。通过膜进行精确的分子分离对于可持续的水净化应用至关重要。具有不灵活分子传输通道的常规分离膜仅能有效分离两种物质，不能满足多组分复杂废水的实际处理要求。在这里，本发明通过使用聚乙烯亚胺交联聚苯胺/聚酰亚胺基膜制备了一种新型的pH门控膜（PGMs）。在pH刺激下，PGMs表现出可调节和可逆的分子筛结构，这归因于质子化和去质子化过渡期间PANI链的收缩和延伸。基于这种智能的pH选通特性，可以在pH 8和2的单个膜上实现阿利新蓝（AB），酸性橙II（OII）和NaCl的三组分混合物的精确分离，OII和NaCl的分离比达到942.1。它的性能优于大多数最先进的膜，证明了其在选择性分离和回收有价值的产品而不是有害排放物方面的广阔前景。

技术领域

本发明涉及一种pH响应膜、制备方法及其在多组分溶质分离中的用途，属于膜分离技 术领域。

背景技术

工业废水是人类科技发展中产生的无法避免的副产物，包括印染废水、重金属废水和农 药废水等，其中印染废水会在化妆品、造纸和纺织工业等行业大量产生，含有的微量染料， 众所周知具有毒性大、颜色深和难降解等特点，若不进行预处理而直接排入河流，不仅会造 成资源浪费，也会造成极大污染。已知传统的染料处理方法包括吸附法、光催化法、生物降 解法等，因为其经典的解决污染的手段而发展至今，但令人惋惜的是吸附法中存在着吸附剂 再生性差，吸附量小的缺点，广泛使用的催化降解法也存在着染料回收性差，部分降解产物 污染性强等不足。而偶氮染料，因其稳定的分子结构，一般情况下很难降解，且降解产物会 改变人体基因引发癌变，一旦未经处理就排入生活废水中会对生态与人体健康造成严重危害， 此外，在染料的应用中有时会加入适量的无机盐(如NaCl)来增强染色效果，这也为后续染 料的提纯增加了一定的难度。近年来，膜处理作为一项新的分离工艺逐渐成为工厂里处理废 物的常客，与其他工艺相比，膜处理具有高效、低成本、低能耗、低污染等显而易见的优点。 膜分离技术以年5～30％的速度增长，其应用大多都专注于水相或有机相中的单种物质的去除 或两种物质的分离。

Rambabu等人制备了CaCl₂掺杂的聚醚砜多孔膜分离染料与盐两种混合物，并确定了尺 寸筛分、静电排斥和吸附共同作用提高了染料的分离[1]。同样的，Li等人选择十二烷基苯磺 酸(BDSA)作为水相单体，通过界面聚合制备了刚果红和NaCl高分离比的薄膜复合膜[2]。然 而，传统的分离膜在成膜后微结构和特性无法改变，对于多种混合物的分步分离研究较少。

(1).Rambabu K,Bharath G,Monash P,Velu S,Banat F,Naushad M,etal.Effective treatment of dye polluted wastewater using nanoporous CaCl₂modified polyethersulfone membrane.Process Safety and EnvironmentalProtection 2019,124:266-278.

(2).Li M,Yao Y,Zhang W,Zheng J,Zhang X,Wang L.Fractionation andConcentration of High-Salinity Textile Wastewater using an Ultra-PermeableSulfonated Thin-film Composite. Environ Sci Technol 2017,51(16):9252-9260.

发明内容

本发明通过非溶剂相转化法(NIPS)制备了聚苯胺聚(PANI)/聚酰亚胺(PI)合物膜，而后 用经过条件优化后的聚乙烯亚胺(PEI)进行后处理提高膜的稳定性与分离性能，采用压力驱动 过滤的方式，既缩短了交联时间，又对膜进行了有效的整体交联。最终得到的膜可以根据溶 液pH的变化可逆地调节膜的孔径，并利用孔径筛分，静电相互作用及化学反应等多种分离 机理造成的门控效应对混合染料与盐达到分步精准分离的效果。