[发明专利]基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。所述纳滤膜的具体制备方法为：通过真空抽滤将同时具有亲水和疏水区域的木质纤维素纳米纤维负载到多孔支撑层上，将水相和油相单体分别和具有亲疏水交替结构的木质纤维素纳米纤维中间层接触，引发界面聚合反应，最终获得的纳滤膜具有超高水渗透性且能有效去除多种微量有机污染物，木质纤维素纳米纤维中间层不仅能基于亲疏水交替位点调控界面聚合过程，还能通过亲水位点‑疏水位点协同作用加快水在中间层中的传。解决了传统纳滤膜水渗透性较低的问题，为实现纳滤膜水处理过程的节能降耗提供了一种有前景的方法。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜及其制备方法。

背景技术

微量有机污染物(如内分泌干扰物、药物和抗生素等)具有较强的毒性且广泛存在于废水中，尽管它们常以微量浓度(ng/L-μg/L)存在，但对人体健康仍能构成显著威胁。因此，有效去除这些微量有机污染物，对于保障用水安全至关重要。纳滤膜分离是污水深度处理与资源化的新兴技术，它具有易操作、低能耗和环境友好等特点。目前，纳滤膜已广泛用于微量有机污染物的去除，然而，传统纳滤膜的水渗透性有限，导致系统能耗较高，制约了其在污水处理与资源化中的应用。

在纳滤膜基膜和聚酰胺截留层之间引入中间层能优化纳滤膜的水传输路径，缩短水的传输距离，进而提高膜的整体水渗透性。此外，中间层上的丰富活性位点也能调节界面聚合过程，进而影响聚酰胺截留层的性质。然而，水透过纳滤膜时也必须通过中间层，所以中间层的存在也可能对水的运输提供额外的阻力。水透过中间层主要经过以下两个步骤：(1)水吸附到中间层表面；(2)水透过中间层。对于亲水的中间层，水和纳米材料间的强相互作用力有利于水吸附到中间层表面，但会抑制水透过中间层；对于疏水的中间层，水和纳米材料间的弱相互作用力会抑制水吸附到中间层表面，但疏水结构易使已经吸附在中间层上的水分子发生滑移快速穿过中间层。如何调控中间层使得水能够快速吸附和穿过中间层是本领域亟待解决的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜，通过亲疏水交替结构中间层构筑，水分子可以通过亲水区域吸附到中间层表面，并从疏水区域透过中间层，因而同步提升水的中间层吸附和透过速率，进而大幅降低中间层的阻力，使得制备的纳滤膜具有超高的水渗透性。由此方法制备得到的高水渗透性纳滤膜，在节省系统能耗的同时，并不损失污染物选择性，同步保障了微量有机污染物的去除效果，在污水处理与资源化领域具有很好的应用前景。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜及其制备方法。本发明利用木质纤维素纳米纤维构建具有亲疏水交替结构的中间层，优化水的输送路径，降低水的输送阻力，利用木质纤维素纳米纤维中间层中亲水和疏水区域上丰富的活性位点调节界面聚合过程。本发明所制备得到的纳滤膜具有超高的水渗透性，同时对多种微量有机污染物具有较高截留率，解决了现有用于去除微量有机污染物的纳滤膜渗透性低的瓶颈问题。

本发明首先提供了如下技术方案：基于亲疏水交替纳米通道强化的高水渗透性纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

a)将同时具有亲水和疏水区域的木质纤维素纳米纤维加入到水中，制备得到木质纤维素纳米纤维的水分散液；

b)将多孔支撑层放入真空抽滤装置中，加入木质纤维素纳米纤维的水分散液，使木质纤维素纳米纤维负载在多孔支撑层表面，制备具有亲疏水交替结构的木质纤维素纳米纤维中间层；

c)将具有亲疏水交替结构的木质纤维素纳米纤维中间层分别与水相和油相单体进行充分地接触并反应；

d)将制备的膜用正己烷冲洗并保存即可；

其中，步骤a)中，所述木质纤维素纳米纤维中木质素的含量为0.5～80wt％。