[發明專利]一種具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011631326.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112808022B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 高成云;廖家友;趙玉英;盧靜瓊;李曉明;智麗飛;馬繼偉
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D69/12;B01D61/14;B01D61/36;B01D71/60;B01D67/00
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 方亞兵

本發明提供一種具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜及其制備方法和應用，所述膜包括分離層和支撐層；其中分離層為經胍基改性后的聚乙烯胺進一步接枝含疏水側鏈醛基化合物后所得產物；支撐層為聚丙烯腈超濾膜。本發明通過調控膜中親水基團結構和微相拓撲結構，將聚乙烯胺中部分親水基團胺基改性成更強親水的胍基，同時將部分胺基接枝帶疏水側鏈的醛基化合物，利用高分子鏈上親疏水基團極性差異在膜中微相分離，誘導形成了連續的親水通道，促進水的傳遞，以同時提高膜對水的選擇性和滲透性。

技術領域

本發明涉及膜分離技術領域，具體涉及一種具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜及其制備方法和應用。

背景技術

滲透汽化又稱滲透蒸發，作為一種新型的膜分離技術，特別適合分離蒸餾法難以分離或不能分離的近沸點、恒沸點有機混合物溶液；膜分離技術廣泛用于對有機溶劑及混合物中水的脫除、廢水中少量揮發性有機物的脫除及水溶液中高附加值組分的回收。滲透汽化技術與其它傳統脫水方法相比，具有操作簡單、產品純度高、原料損失小、過程無污染和能耗低，易耦合等優點，在生產中具有明顯的技術和經濟上的優勢。

滲透汽化技術是在膜的滲透邊側形成真空，以膜的前后兩側的化學位差為推動力伴隨著相變，由膜選擇吸附及在膜中滲透速率不同而進行分離；因此，膜材料是滲透汽化技術的核心，理想的滲透蒸發膜必須同時具有高滲透性和高選擇性。現有技術中所使用的膜材料大部分為高分子膜，普遍遵循溶解擴散機制，即溶劑和溶質在膜中的擴散服從Fick定律，溶劑和溶質都可能溶于膜表面，因此物質的滲透能力不僅取決于擴散系數，而且取決于其在膜中的溶解度，溶質的擴散系數比水分子的擴散系數要小得多，因而透過膜的水分子數量就比通過擴散而透過去的溶質數量更多；所以，如果同時能增大高分子膜的溶解性以增加膜的選擇性，增大高分子鏈間距以提高膜的滲透性，就能從根本上解決滲透性和選擇性相互制約的關系，提高滲透蒸發膜的分離能力。

發明內容

本發明的技術目的在于提供一種具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜及其制備方法和應用。通過調控膜中親水基團結構和微相拓撲結構，將聚乙烯胺中部分親水基團胺基改性成更強親水的胍基以提高高分子膜的溶解性，同時將部分胺基接枝帶疏水側鏈的醛基化合物，增大高分子鏈間距，從而提高膜的滲透性；利用高分子鏈上親疏水基團極性差異在膜中微相分離，誘導形成了連續的親水通道，促進水的傳遞，以同時提高膜對水的選擇性和滲透性。

本發明的技術方案之一，一種具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜，包括分離層和支撐層；其中所述分離層為經胍基改性后的聚乙烯胺進一步接枝含疏水側鏈醛基化合物后所得產物。

進一步地，所述支撐層為聚丙烯腈超濾膜。

本發明的技術方案之二，上述具有親疏水功能基團的聚乙烯胺膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)聚乙烯胺經離子交換制得去離子聚乙烯胺；

(2)去離子聚乙烯胺中的部分胺基和單氰胺改性得到聚乙烯胍；

(3)聚乙烯胍和含疏水側鏈醛基化合物進行混合反應進行制備部分胺基接枝含疏水側鏈醛基化合物的聚乙烯胍溶液；

(4)部分胺基接枝含疏水側鏈醛基化合物的聚乙烯胍溶液和戊二醛交聯得到交聯后的含疏水側鏈聚乙烯胍溶液；

(5)交聯后的含疏水側鏈聚乙烯胍溶液涂覆在聚丙烯腈基膜上靜置微相分離，得到具有親疏水功能基團聚乙烯胺膜。

進一步地，所述步驟(1)中聚乙烯胺的制備過程包括以下步驟：

將N-乙烯基甲酰胺、去離子水、引發劑按照1：(6-7)：(0.008-0.009)的質量比混勻后通氮氣2-5min，抽真空，在45-55℃條件下反應2-5h，加入酸溶液水解1.5-2.5h，醇析，干燥聚乙烯胺；