[发明专利]基于哌嗪-2-羧酸的荷负电纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于哌嗪‑2‑羧酸的荷负电纳滤膜的制备方法。所述纳滤膜包括聚醚砜基膜和位于基膜上的聚酰胺分离层；哌嗪‑2‑羧酸溶解在水中，并用氢氧化钠调节pH制得水相，将均苯三甲酰氯溶解在正庚烷中制得有机相；将水相倒在固定于塑料聚醚砜基膜上，取出基膜并用胶辊去除表面水珠，再将有机相倒在基膜上，取出后在常温下固化，用乙醇和水各洗涤三次得到纳滤膜。本发明制得的纳滤膜水通量达38.5Lmsupgt;‑/supgt;supgt;2/supgt;hsupgt;‑1/supgt;barsupgt;‑1/supgt;，较高的荷负电使得膜对硫酸截留率大于98％以上。将本发明制备的纳滤膜用于煤化工，制药，印染和氯碱工业等含盐废水资源化处理的应用，具有较高的水通量和盐资源化利用效率。

技术领域

本发明涉及纳滤膜分离技术领域，尤其涉及一种基于哌嗪-2-羧酸的荷负电纳滤膜的制备方法。

背景技术

煤化工，制药，印染和氯碱工业等产生的工业废水通常含有NaCl和Na₂SO₄。排放污水和废盐填埋都将导致环境的破坏，且需要花费高昂的处理成本。因此，高效分离废水中的NaCl和Na₂SO₄，降低废水处理成本是废水资源化利用，实现“零液体”排放的关键。

膜材料如聚酰胺(PA)，共价有机框架(COF)，聚酯(PE)和聚酯酰胺(PEA)等已被应用于Cl^-/SO₄^2-离子分离纳滤膜的制备。而由哌嗪(PIP)和三甲酰氯(TMC)在多孔衬底上进行界面聚合(IP)制备聚酰胺薄膜复合膜仍然是目前纳滤膜的标杆。从纳滤膜的分离机制出发，空间位阻效应是影响截留率的最基本因素，尤其是对于中性溶质和不带电膜。但针对Cl^-/SO₄^2-筛分，水溶液中离子半径相差仅为0.047nm纳米，难以通过尺寸排斥作用达到筛分目的。因此需要增加PA的荷负电密度以增强静电排斥，以突破trade-off效应。PA纳滤膜的荷负电是由数量有限未反应完全的酰氯基团水解成羧基而得，受PA交联度的限制，羧基数量的增加非常有限。于是，在PA合成过程中添加荷负电的单体和荷负电纳米材料引起关注，而对于纳滤膜性能提升不足，且合成纳米材料过程复杂不利于工业化应用。因此，需要对PA层分子水平的设计以增强静电排斥实现高效离子筛分。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出了一种基于哌嗪-2-羧酸的荷负电纳滤膜制备方法，通过哌嗪-2-羧酸和1,3,5-均苯三甲酰氯界面聚合，制备荷负电PA纳滤膜，以期提高NaCl和Na₂SO₄分离性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于哌嗪-2-羧酸的荷负电纳滤的膜制备方法，包括以下步骤：

步骤一，聚醚砜基膜预处理：将聚醚砜基膜用超纯水清洗三次，在室温下晾干后固定在塑料模具中，所述的塑料模具底部具有用以裸露聚醚砜基膜的裸露面积A；

步骤二，浸泡水相溶液：溶解哌嗪-2-羧酸于超纯水中，哌嗪-2-羧酸水溶液的质量浓度为0.3～0.7％，并用氢氧化钠溶液调节该哌嗪-2-羧酸水溶液的pH为7.5～13，制得水相溶液；将适量的水相溶液加入到步骤一的塑料模具中，水相溶液与裸露面积A的体积面积比为0.4mL/cm₂，浸泡反应2min后取出去除聚醚砜基膜表面水珠后，再次将聚醚砜基膜固定到所述的塑料模具中；

步骤三，反应合成聚酰胺：溶解1,3,5-均苯三甲酰氯于正庚烷中制得质量浓度为0.1％的有机相溶液，取适量的有机相溶液，快速加到步骤二固定有聚醚砜基膜的塑料模具中，有机相溶液与裸露面积A的体积面积比为0.2mL/cm²，浸泡反应1～6min后取出，在室温条件下风干，用乙醇和超纯水分别清洗三次得到聚酰胺纳滤膜，简称为NPA。

进一步讲，本发明所述的制备方法，其中：