[發明專利]一種原位自組裝聚合物納米粒子增強分離膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810010566.0
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108554189B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 王貴賓;朱凱;穆勇峰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;C08G8/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種原位自組裝聚合物納米粒子增強分離膜及其制備方法，屬于聚合物水處理膜制備技術領域。分離膜是由100重量份的聚醚砜基體和1～4重量份的聚合物納米粒子組成，聚合物納米粒子為通過靜電相互作用組裝在一起的磺化聚醚醚酮和支化聚乙烯亞胺。由于聚合物納米粒子是通過原位生成的方式引進，同時又是由聚合物分子構成，因此與聚合物膜基體間有很好的相容性，在膜基體里呈現出非常優異的分散性。親水性聚合物納米粒子的引入促進了相轉化過程中溶劑與非溶劑的交換速率，形成了更加多孔的膜，提高了膜的滲透性。富集到膜表面的親水性納米粒子改善了膜表面的親水性，從而增強了膜的抗污染能力。

技術領域

本發明屬于聚合物水處理膜制備技術領域，具體涉及一種原位自組裝聚合物納米粒子增強分離膜及其制備方法。

背景技術

水是基礎性自然資源和戰略性經濟資源，但是隨著大量生活污水以及工業廢水的排放，生態環境的進一步破壞，使得潔凈的水越發不足以正常的供給人民生活與社會發展。膜分離技術由于操作簡單，分離效率高，能耗小，便于大規模應用等特點在眾多污水分離技術中脫穎而出。

然而現在市面上以及實驗室制備的膜大都有滲透性差、污染物截留率低、易于污染等缺點。滲透性差主要是因為膜表面以及膜斷面的孔結構較少，而易于污染主要是因為膜表面多呈疏水性，使污水中的疏水性物質較為緊密地吸附到膜表面，這樣膜表面的孔會被堵塞，導致滲透效率進一步變差。在眾多的改性方法中，引入親水性的納米粒子填料最為常用，主要有以下兩個原因。第一，親水性納米粒子能夠有效改善膜的孔結構和膜表面親水性。第二，引入親水性納米粒子與膜本體改性、膜表面改性相比更為簡單，成本更低，更適合大規模制備。但是無機納米粒子與膜基體較差的相容性常常導致膜截留率的下降，這也就失去了水質凈化的初衷。同時也會導致無機納米材料的泄露，造成二次污染。因此，開發出新的納米粒子與新的納米粒子增強分離膜，能同時提高膜的滲透性、截留率和抗污染性變得尤為重要。

發明內容

本發明通過原位自組裝的辦法，在鑄膜液里引入了親水性聚合物納米粒子，并通過浸沒沉降相轉化法制備了具有高滲透性、高截留率和高抗污染性的納米粒子增強分離膜。

本發明所述的一種原位自組裝聚合物納米粒子增強分離膜鑄膜液，按重量份100％計算，具體組成為：17％重量份的聚醚砜基體，5％重量份的聚乙烯吡咯烷酮致孔劑，77.32～77.83％重量份的N-甲基吡咯烷酮溶劑，0.17％～0.68％重量份的聚合物納米粒子；由于鑄膜液成膜以后，溶劑和致孔劑會全部交換到凝固浴中(水)，所以最后形成的納米粒子增強分離膜，具體組成為100重量份的聚醚砜基體和1～4重量份的聚合物納米粒子，聚合物納米粒子為通過靜電相互作用組裝在一起的磺化聚醚醚酮和支化聚乙烯亞胺。

本發明所述的一種原位自組裝聚合物納米粒子增強分離膜的制備方法，其步驟如下：

(1)將0.17％～0.68％重量份的磺化聚醚醚酮和0.17％～0.68％重量份的支化聚乙烯亞胺(M_n＝600～10000g/mol)分別溶于含17％重量份的聚醚砜、5％重量份的聚乙烯吡咯烷酮、77.32～77.83％重量份的N-甲基吡咯烷酮溶液中；

(2)待步驟(1)溶液完全溶解后，將兩種含不同聚電解質的鑄膜液混合在一起，持續攪拌4～16小時，磺化聚醚醚酮和支化聚乙烯亞胺通過靜電相互作用組裝在一起得到聚合物納米粒子；

(3)將步驟(2)得到的混合鑄膜液在40～60℃條件下脫泡3～5小時，最后將冷卻到室溫的混合鑄膜液傾倒在干凈的玻璃板上進行刮膜，之后將載有鑄膜液的玻璃板放入去離子水中浸泡24～48小時；期間多次更換去離子水，直至完全去除溶劑和致孔劑，從而在玻璃板上得到本發明所述的納米粒子增強分離膜。