[发明专利]一种高性能复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳滤膜及其制备方法，所述制备方法包括在多孔基膜上制备海藻酸盐中间层，再在所述海藻酸盐中间层上界面聚合制备聚酰胺选择性分离层。所述制备方法操作简单，效率高，成本低，环境友好，重复性好。所得纳滤膜的水通量和截留率高，可用于工业化应用和推广。

技术领域

本发明涉及一种膜的技术领域，具体涉及一种纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤是一种介于反渗透与之间的压力驱动膜分离技术，截留分子量为150~2000Da，主要基于尺寸筛分与电荷排斥的分离机制，操作压力相对较低，具有选择性高、能耗低、易于规模化放大等优点。目前，纳滤膜广泛应用于水软化、污水处理、海水淡化、食品、制药等领域。如何突破膜通量与截留率之间trade-off制约难题，开发高通量、高截留率的高性能纳滤膜一直是纳滤膜研发的核心问题。

近年来，研究人员通过真空抽滤、过滤沉积等方法，在传统基膜上引入氢氧化镉纳米线（Science, 2015, 348, 1347-1351）、碳纳米管（Nature Communication, 2018, 9,2004）、纳米纤维素晶体（Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5,16289−16295）、氧化石墨烯（Desalination, 2018, 441, 77−86）、共价有机骨架（Journal of MembraneScience, 2019, 576, 131−141）、金属有机骨架（ACS Applied Nano Materials, 2020,3, 9238−9248）等纳米中间层，实现调控多孔支撑层（反应界面）的微结构与性能。研究表明引入纳米中间层有助于优化选择性分离层的结构与性能，还可以构筑更加优化的水传输路径，克服膜通量和截留率之间上限平衡的制约，从而提升复合纳滤膜的分离性能。然而，这些纳米材料制备过程复杂、成本高，有些纳米材料（如氢氧化镉纳米线）对人体与环境还有危害；其次，通过真空抽滤或过滤沉积构筑纳米中间层的手段无法实现规模化工业应用；此外，纳米中间层与多孔支撑层或选择性分离层的相互作用较弱，使得纳米材料中间层稳定差，纳米中间层在长期膜过滤过程中存在流失等问题，无法确保复合纳滤膜的长期稳定性与安全性。因此，现有引入纳米中间层制备复合纳滤膜的技术还停留在实验室研究阶段，难以工业化应用与推广。

因此，亟需寻找一种环境友好、成本低廉、易工业化放大的方法制备耐压性高、具有高通量与高截留率的纳滤膜。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种纳滤膜及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种纳滤膜的制备方法。

一种纳滤膜的制备方法，其包括：在多孔基膜上制备海藻酸盐中间层，吹干，然后在所述海藻酸盐中间层上界面聚合制备聚酰胺选择性分离层，干燥，得到所述纳滤膜。

所述海藻酸盐中间层为海藻酸钠与金属离子交联形成的亲水网络中间层。

所述金属离子包括或为钙离子。

所述多孔基膜可以包括选自聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中至少一种。

所述多孔基膜的孔径范围可以为10 nm ~200 nm。在一些实施例中，所述多孔基膜的孔径范围为10 nm ~100 nm。在一些实施例中，所述多孔基膜的孔径范围为20 nm ~100nm。在一些实施例中，所述多孔基膜的孔径范围为50 nm ~100 nm。

所述海藻酸盐中间层采用两种中间层涂覆液分别在基膜表面涂覆后，发生交联反应制得，所述两种中间层涂覆液分别为海藻酸钠水溶液与钙盐水溶液。

所述钙盐水溶液可以包括选自氯化钙水溶液、碳酸氢钙水溶液、硝酸钙水溶液和磷酸二氢钙水溶液中至少一种。

所述聚酰胺选择性分离层的制备步骤可以包括：取互不相溶的水相溶液与有机相溶液进行界面聚合反应，得到聚酰胺选择性分离层。