[发明专利]一种基于聚合物纳米粒子的荷电纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于聚合物纳米粒子的荷电纳滤膜及其制备方法。所述纳滤膜由功能层和表面带有反应基团的支撑层交联构成，其中纳滤功能层由交联的离子型两亲性聚合物纳米粒子组成，且所述支撑层通过其表面具有的反应基团与纳滤功能层中的离子型两亲性聚合物纳米粒子交联。本发明公开的纳滤膜制备方法简单环保，适用的聚合物纳米粒子广，可制备成平板、中空纤维或管式形态的纳滤膜，制备的纳滤膜通量高，其荷电特征可实现对不同价态离子和荷电小分子的高效分离，在海水淡化、离子分离、污水处理、硬水软化、生物医药、食品加工等众多领域具有重大的应用价值。

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种基于离子型两亲聚合物纳米粒子的荷电纳滤膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术具有能耗低、操作简单、运行成本低等优点，现已成为分离领域的一种重要手段。纳滤(NF)是一种低压力条件下驱动的膜分离技术，纳滤膜对多价离子和有机小分子(截留分子量小于2000Da)都有很好的分离效果。因此纳滤膜被广泛的应用于饮用水净化、工业废水处理、制药和食品安全等领域。

典型的纳滤膜具有以下特征：(1)膜的孔径分布在0.5～2nm之间，截留分子量(MWCO)在150～2000Da之间，在水环境中具有荷电特性；(2)膜按其结构可以分为非对称均质膜和复合膜两类，其中复合膜的研究更为广泛，复合膜一般由致密的功能层和多孔支撑层组成。(3)分离性能由孔径筛分作用和静电效应共同决定，纳滤膜能有效分离水中多价离子和有机小分子，其对多价离子的截留率一般高于单价离子；(4)操作压力低，一般在0.5～2MPa之间。

目前，最常见的纳滤膜的制备方法为界面聚合法。界面聚合法首先将支撑膜的表面浸泡在多元胺的水溶液中，之后再将膜表面浸泡在多元酰氯的正己烷溶液中，两种单体反应生成聚酰胺从而形成致密功能层。界面聚合法需要多元胺和多元酰氯两步浸泡，操作上比较繁琐，所制备的纳滤膜功能层过于致密，因此会降低膜的通量，从而降低运行过程中的效率，若提高操作压力来提高通量，又会增加运行过程的能耗。此外，膜的荷电性较弱，未充分发挥静电排斥效应对于带电离子或小分子的截留作用。界面聚合过程中大量使用的正己烷溶剂也会带来相应的环境问题。

随着纳滤膜技术的发展，越来越多的非界面聚合纳滤膜制备方法被开发了出来，其中以层层自组装、表面接枝、表面涂覆等为代表的方法越来越受到人们的关注，专利CN105169962A通过在处理后聚丙烯腈表面交替沉积聚乙烯亚胺和氧化石墨烯获得了同时具有高渗透性和截留性的纳滤膜；专利CN101934204A 通过在超滤膜表面分步辐照接枝荷负电的乙烯基单体和荷正电的乙烯基单体，制得两性纳滤膜；专利CN105771704A将磺化聚砜溶解后涂覆在聚砜超滤膜表面，通过热处理使其固定，从而制备了磺化聚砜纳滤膜。但是，总的来说这些制备方法都存在这一些不足之处，对于层层自组装法，其制备过程需要重复多个步骤，较为复杂，从而限制了其大规模生产的前景。表面接枝法在使用过程中会不同程度的破坏底膜的物理化学结构且过程能耗较高，现在相关报道的数量也在减少。表面涂覆法需要考虑涂覆液的溶剂与底膜的溶解性问题，且这种方法制备出来的纳滤膜孔径偏大，限制了其应用范围。