[發明專利]一種基于熱誘導無機鹽晶體生長制備納濾膜的方法

在審

• 申請號: 202010781415.2
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111921391A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 劉志曉;米智明
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D69/10;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/02;C02F1/44
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

本發明提供了一種基于熱誘導無機鹽晶體生長制備納濾膜的方法，屬于納濾膜制備技術領域。本發明利用可溶性無機鹽的水溶性及熱誘導結晶的特性，將可溶性無機鹽添加到哌嗪的水溶液中與均苯三甲酰氯溶液進行界面聚合反應，可溶性無機鹽隨界面反應附著在支撐層上，在熱處理過程中游離的無機鹽離子誘導生成無機鹽晶體，借助無機鹽晶體生長過程中對覆蓋其上的初生PA層產生的各個方向作用力改變PA層形貌結構，最后無機鹽晶體伴隨膜在水環境中的保存而溶解、消失，從而獲得高效率分離性能的納濾膜。實施例結果表明，本發明方法所得納濾膜滲透通量可達24.1L m^?2h^?1bar^?1，對Na₂SO₄的溶質截留率可達96.2％。

技術領域

本發明涉及納濾膜制備技術領域，特別涉及一種基于熱誘導無機鹽晶體生長制備納濾膜的方法。

背景技術

在眾多的水凈化技術中，壓力驅動膜中的納濾膜以低能耗、高效率、能夠去除多價鹽及分子量大于200Da的有機分子的優點而被廣泛地用于水凈化處理領域。

納濾膜的制備通常使用界面聚合技術，即通過水相單體(如哌嗪)在界面向油相溶液(如均苯三甲酰氯溶液)擴散，在多孔支撐層(通常是超濾或微濾膜)上面沉積起分離作用的聚酰胺(PA)活性層薄膜材料。然而，直接采用界面聚合法制備的納濾膜本身滲透通量通常在10L m^-2h^-1bar^-1以下，且通量與溶質截留率之間存在明顯的“Trade-off”效應，即通量升高，溶質截留率就會降低。因此，提高納濾膜的滲透通量的同時保持納濾膜優異的溶質分離性能，是水處理工業一直以來研究的熱點之一。

在早期的研究中，人們更多的偏向于通過降低水分子穿透PA活性層的滲透阻力來實現納濾膜綜合性能的提高，然而，高度曲折的交聯聚合物鏈限制了水分子在PA活性層中的快速運輸，明顯的性能提高較難實現。為降低水分子透過納濾膜的傳輸阻力，最直接的方法是獲得盡可能薄的PA活性層，以此增大納濾膜的滲透通量。例如，中科院蘇州納米所靳健研究員將經過聚多巴胺包裹的單壁碳納米管(PD/SWNT)作為支撐層和PA活性層之間的界層，PD/SWNT界層具有高孔隙率、光滑、親水的優點，有效地控制了水相單體向油相溶液的釋放與擴散，PA活性層厚度薄至12nm，使得復合納濾膜的滲透通量達到32L m^-2h^-1bar^-1，同時保持了95.9％的二價鹽截留率(Small 2016,12,5034-5041.)。然而，PA活性層過薄的話，會產生缺陷，從而使納濾膜的分離性能降低。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于熱誘導無機鹽晶體生長制備納濾膜的方法。本發明所述方法制備得到的納濾膜在具有高滲透通量的同時還具有優異的溶質選擇分離性能。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種基于熱誘導無機鹽晶體生長制備納濾膜的方法，包括以下步驟：

(1)將可溶性有機高聚物、制孔添加劑與有機溶劑混合，得到鑄膜液；

(2)將所述鑄膜液涂覆在無紡布一側表面，靜置后將涂覆有鑄膜液的無紡布浸入水中進行溶劑交換，得到平板超濾膜支撐層；

(3)將可溶性無機鹽與哌嗪水溶液混合，得到含有可溶性無機鹽的哌嗪水相溶液，所述可溶性無機鹽的哌嗪水相溶液中的可溶性無機鹽的質量濃度為0.1～2％；

(4)將所述平板超濾膜支撐層浸泡于含有可溶性無機鹽的哌嗪水相溶液中，取出后得到吸附有哌嗪及無機鹽的平板超濾膜支撐層；

(5)將所述吸附有哌嗪及無機鹽的平板超濾膜支撐層與均苯三甲酰氯溶液接觸，進行界面聚合，得到初生納濾膜，所述初生納濾膜包括支撐層和沉積在所述支撐層上的PA活性層，所述支撐層和PA活性層之間吸附有無機鹽；