[發(fā)明專利]表面帶正電的聚酰胺反滲透膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN111434375A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳博賢;趙璇;李福志
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D71/78;B01D67/00;G21F9/06
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 肖善強

本發(fā)明涉及一種表面帶正電的聚酰胺反滲透膜及其制備方法和應(yīng)用。具體地，本發(fā)明涉及一種表面帶正電的聚酰胺反滲透膜，其包含聚酰胺基礎(chǔ)膜和接枝到所述聚酰胺基礎(chǔ)膜上的交聯(lián)聚乙烯亞胺層，其中所述交聯(lián)的聚乙烯亞胺層上共價鍵合有季銨鹽官能團，其是通過如下制備的：a)用碳化二亞胺和N?羥基琥珀酰亞胺活化聚酰胺基礎(chǔ)膜表面的羧基；b)用聚乙烯亞胺接枝經(jīng)活化的聚酰胺基礎(chǔ)膜；c)采用戊二醛交聯(lián)劑對聚乙烯亞胺接枝的聚酰胺基礎(chǔ)膜上的聚乙烯亞胺進行交聯(lián)；和d)采用具有環(huán)氧官能團的季銨鹽對交聯(lián)聚乙烯亞胺接枝的聚酰胺基礎(chǔ)膜進行改性。所得反滲透膜具有優(yōu)良的分離濃縮放射性核素的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反滲透膜，更具體地，本發(fā)明涉及一種表面帶正電的聚酰胺反滲透膜及其制備方法。本發(fā)明還涉及利用該聚酰胺反滲透膜分離濃縮放射性核素的應(yīng)用以及含有該聚酰胺反滲透膜的膜系統(tǒng)。本發(fā)明屬于材料制備及放射性廢液處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，核電站在運行過程中會產(chǎn)生大量的放射性廢物，包括廢液、廢氣和固體廢料，其中放射性廢液所占比重最大，而低放廢液能夠占據(jù)總廢液量的90％或以上。因此，低放廢液的處理是放射性廢物處理的重要組成部分。

傳統(tǒng)的低放廢液處理方法包括離子交換法、吸附法、化學(xué)沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、膜分離法等。但是化學(xué)沉淀、離子吸附、吸附等存在產(chǎn)生大量二次廢物的現(xiàn)象，而蒸發(fā)濃縮能耗高，且無法滿足部分含有揮發(fā)性核素、易結(jié)垢的廢液的處理要求。反滲透(RO)技術(shù)是一種高效膜分離工藝，不僅能夠應(yīng)用于污水處理、海水淡化以及食品和制藥工業(yè)的凈化和濃縮方面，還能夠用于放射性廢液的處理。反滲透技術(shù)的上述性能使得其在我國大力發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)的背景下顯得特別引人關(guān)注。

目前，單級反滲透膜對于Cs等一價核素的去污因子一般為10左右，而在實際應(yīng)用中往往還要更低。為了提高對于放射性核素的去污因子，往往采用多級反滲透技術(shù)，例如三級反滲透技術(shù)，其對于Cs的去污因子可以達到100以上。在核工業(yè)領(lǐng)域，反滲透工藝往往還需要接續(xù)精處理，例如離子交換工藝。然而，這都會增加廢液處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度，導(dǎo)致系統(tǒng)安全系數(shù)降低，更重要的是增加了二次污染物的產(chǎn)生量。

作為最有商業(yè)價值的反滲透膜，聚酰胺膜主要由有機物通過界面聚合反應(yīng)制備，其在選擇性去除單價陽離子時，存在效率差和膜結(jié)垢的問題。為了改進商用聚酰胺反滲透膜的性能，可以對其進行改性。用于改性反滲透膜的方法主要包括物理改性包括表面吸附、表面涂覆等，和化學(xué)改性包括化學(xué)接枝、自由基接枝聚合以及原子轉(zhuǎn)移自由基聚合等方法。在物理改性中，改性材料與反滲透膜的聚酰胺層相互作用，主要通過范德華力，靜電相互作用或氫鍵作用結(jié)合在一起，長期運行存在脫落現(xiàn)象。相比之下，在化學(xué)改性中，材料通過共價鍵連接到反滲透膜的表面，具有更好的化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，化學(xué)接枝被認(rèn)為是改性膜表面的最有希望的方法之一。

業(yè)已公開了，通過化學(xué)接枝制備帶正電荷的反滲透膜，需要在膜表面接枝具有正電荷的分子，季銨鹽是最常用的種類之一。高分子季銨鹽一般具有較高密度的正電荷，可以滿足讓反滲透膜表面帶正電荷的要求。此外，高分子季銨鹽還具有抗菌材料的一些固有特點，比如抗菌譜系廣泛，合成相對簡單，結(jié)構(gòu)多樣等，而且便于進行化學(xué)修飾，可以與很多功能化單體共聚合，這使得高分子季銨鹽成為制備帶正電荷的膜材料最常用的物質(zhì)之一。已經(jīng)有不少研究針對常見的季銨鹽如二甲基二烯丙基氯化銨 (DADMAC)等，通過UV誘導(dǎo)的自由基聚合方法將其接枝在反滲透膜表面，取得了較好的結(jié)果。但是這種接枝方法繁瑣，在接枝過程發(fā)生均聚，導(dǎo)致接枝效率極低。

有鑒于此，確有必要提供一種能夠解決以上問題的具有可接受、更高的去污因子并且制備工藝簡便的反滲透膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于：提供一種具有良好甚至更好的去污因子并且制備工藝簡便的反滲透膜。

本發(fā)明提供了一種表面帶正電的聚酰胺反滲透膜，其包含聚酰胺基礎(chǔ)膜和接枝到所述聚酰胺基礎(chǔ)膜上的交聯(lián)聚乙烯亞胺層，其中所述交聯(lián)的聚乙烯亞胺層上共價鍵荷有季銨鹽官能團。