[发明专利]一种高通量高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜及其制备方法，本发明首先制备特勒格碱基胺基类单体，将含有扭曲且刚性结构的特勒格碱基胺类单体与哌嗪单体一起溶解在极性溶剂中，与聚醚砜一起制备成铸膜液刮涂在无纺布上，之后将其浸泡于多元酰氯有机相溶液中，通过浸没沉淀相转化法与界面聚合相结合的方法将具有刚性扭曲结构的特勒格碱基胺类单体引入到聚酰胺分离层中，制备得到高通量高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜。本发明所制备的纳滤膜，相较于传统的纳滤膜，其通量得到大幅度的提升且具有较好的选择性和耐酸性，同时选用相分离与界面聚合相结合的方法使纳滤膜的制备过程得到简化，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高通量高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜及其制备方法。

背景技术

淡水资源短缺是全球范围内面临的极为严峻的问题之一，清洁水仅占全球淡水资源的0.8％，针对这种情况，许多污染水源经过适当处理后被使用。纳滤技术作为最先进的水处理技术之一，在近代膜分离领域中引起了广泛的关注。纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的新型压力驱动型膜分离技术，能有效分离一价与多价盐，并截留分子量为200～1000Da的有机物，具有高效、节能、分离精度高、分离对象广、操作简便等优点，已在废水处理、饮用水净化、产品分离纯化等领域扮演着重要的角色。

大多数商用纳滤膜都包含一层选择层和多孔支撑层，其中选择层多由哌嗪和均苯三甲酰氯界面聚合反应制得。制备的常规聚哌嗪酰胺纳滤膜由于其致密的结构，在应用过程中水渗透率偏低，尤其在强酸性条件下其膜结构容易发生劣化，致使膜化学键断裂，使纳滤膜的使用效率和寿命大幅降低，导致纳滤系统使用成本急剧增高，阻碍了纳滤技术在工业生产中的更广泛应用，因此亟需从源头改善纳滤膜的水渗透性和耐酸性。通过对选择层结构进行调整可以显著提高纳滤膜的水通量，并同时改善其截盐率、选择性和酸耐受性，其中增加选择层的微孔隙率是一个行之有效的方法。选择层具有相互连通的微孔隙率能够增加水分子的渗透通道，在保证高选择性和截盐率的同时兼具高通量和一定酸耐受性。近些年来，研究人员尝试在聚酰胺分离层中引入各种纳米材料，包括氧化石墨烯，纳米沸石，纳米二氧化硅等(J.Mater.Chem.A,2018,6,19445–19454；J.Mater.Chem.A,2019,7,11673–11682；Desalination,2019,470,12；J.Membr.Sci.,2012,423,238–246)，用来提高纳滤膜的截盐率和水通量，α-FeOOH纳米棒也被加入到纳滤膜的聚酰胺层中以改善膜的耐酸性(Desalination,2021,498,114802)。然而，纳米材料与聚合物选择层的相溶性较差，容易导致一些非选择性缺陷，进而影响纳滤膜的分离性能，并且所制备的纳滤膜耐酸性能一般。同时纳米材料大多合成复杂，成本较高，其纳米改性膜的工业化面临严峻挑战。此外，研究人员也尝试将一些新单体引入到耐酸纳滤膜领域，如磺酰氯，三聚氰胺等(J.Membr.Sci.,2012,415,122–131；J.Membr.Sci.,2017,523,487–496)，此类单体引入到纳滤膜后都在一定程度上改善了纳滤膜的耐酸性，但不足的是膜的水通量、截盐率以及对离子的选择性都出现了不同程度的下降，进而限制了纳滤膜的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种兼具高通量和高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜的制备方法。所述的纳滤膜是通过将具有刚性扭曲结构的特勒格碱基胺类单体与哌嗪单体一起刮涂在无纺布上作为支撑层，再将膜浸泡到含有酰氯单体的有机相溶液中进行界面聚合反应。由于特勒格碱基胺类单体分子结构大，刚性较强，能够调控自身和哌嗪的扩散速率，从而影响水相与有机相界面处的缩聚反应，进而影响膜的表面形貌和分离性能。

本发明提出在聚醚砜支撑层中引入特勒格碱基胺类单体，制备出一种高通量高截盐的特勒格碱基聚酰胺纳滤膜。

一种高通量高选择性的基于特勒格碱基耐酸纳滤膜按如下方法进行制备：