[發明專利]一種具有雙電層表面的智能納濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210856565.4
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115069090B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 邵會菊;秦舒浩;常金燕;武曉;雷婷;刁延芳;張芳芳
• 申請（專利權）人: 貴州省材料產業技術研究院
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/78
• 代理公司: 深圳市辰為知識產權代理事務所(普通合伙) 44719
• 代理人: 唐文波

本發明公開了一種具有雙電層表面的智能納濾膜制備方法，其在導電膜表面引入不同荷電性的分子鏈，利用它們對電場刺激的響應性不同而形成一種雙電層結構。本發明的有益效果如下：本發明在導電超濾膜表面構建含有不同荷電性分子鏈的納濾分離層，在過濾過程中利用電場誘導分子鏈發生取向排列從而形成特殊的“雙電層”結構，從而通過調節電場方向、強度等參數來實現精確的分子分離，利用增強的靜電排斥作用來提高分離膜的抗污染性能。

技術領域

本發明涉及聚合物智能膜技術領域，尤其是涉及一種具有雙電層表面的智能納濾膜及其制備方法。

背景技術

納濾是膜分離技術中的一個重要分支，納濾膜表面特有的微孔結構和荷電效應使其能夠依據孔徑篩分和Donnan效應高效去除水中的多價離子、染料等有機分子，并可實現一價離子與二價/多價離子的有效分離，因此在海水淡化、生物純化以及水處理等領域具有廣闊的應用前景。但是，提升分離性能(高滲透、高選擇性截留)和抗污染能力是納濾膜在使用過程中面臨亟待解決的兩個主要問題。尤其是，含染料的廢水體系對分離精度要求的日益提高對納濾膜表面微結構的設計提出更高的要求。然而，基于壓力驅動的納濾膜，其滲透性能和選擇性之間的“trade-off”效應難以同時實現膜的高滲透和高選擇性截留；而且，與蛋白等有機物不同，染料分子在水中因解離而荷電，且其所含的活性基團很容易與納濾膜表面發生強相互作用而在膜表面發生吸附，使得納濾膜表面更易發生污染。因此，如何構筑可顯著降低染料與膜表面相互作用的納濾膜表面微結構、并將膜分離與其它技術進行有機耦合，進一步提高納濾膜的分離性能和抵抗染料污染(染色)能力、是解決納濾膜trade-off效應以及提升抗污染能力的關鍵問題。

由于納濾膜依靠孔徑篩分和Donnan效應實現對物質的分離，而Donnan效應主要受納濾膜表面荷電性的影響。因此，表面電荷在納濾膜分離中起著重要的作用。根據表面荷電性的不同，納濾膜可分為荷負電納濾膜、荷正電納濾膜以及兩性電荷納濾膜。與膜表面荷電性相反的污染物由于靜電作用很容易吸附在膜表面而造成嚴重污染，因此，荷正電或負電納濾膜對荷電性相同的污染物質具有良好的抗污染性能，而對荷電性相反的污染物的抗污染性能較差。兩性電荷納濾膜中陰、陽離子基團含量相等，凈電荷為零，可以顯著降低膜表面與荷電有機物之間的靜電作用而提高抗污染性能。然而，表面荷電性的降低意味著Donnan效應的減弱，降低納濾脫除染料的效果。

發明內容

本發明提出了一種具有雙電層表面的智能納濾膜制備方法，其在導電膜表面引入不同荷電性的分子鏈，利用它們對電場刺激的響應性不同而形成一種雙電層結構，通過調節電場方向、強度等參數實現膜的精確分離和高抗污染性能，從而可以解決背景技術中涉及的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種具有雙電層表面的智能納濾膜制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將一定質量比的多氨基聚合物和兩性離子單體在40-60℃的溫度范圍內溶解在水/異丙醇的混合溶液中，采用氫氧化鈉將上述溶液的PH調節至11～13，邊攪拌邊溫升溫至70～90℃后恒溫反應36～50小時；

步驟二，將步驟一中反應完全的混合溶液封裝進透析袋中，然后將透析袋在室溫下浸泡在去離子水中36～50小時以除去殘留的兩性離子單體、氫氧化鈉離子和異丙醇溶劑；

步驟三，將經過步驟二透析后的溶液放置在60～80℃的真空干燥箱中干燥8～24小時后獲得多氨基聚合物與其接枝產物的混合物；

步驟四，將步驟三得到的混合物溶解在二甲基乙酰胺中以純化所制備的多氨基聚合物接枝兩性離子產物；

步驟五，將步驟四中的多氨基聚合物接枝兩性離子產物和戊二醛按照一定的質量比溶解在去離子水中制備改性溶液；

步驟六，將電導率在1.0～5.0×10^-3S/cm范圍內的導電超濾膜的上表面浸泡在步驟五制備的改性溶液中1～10小時以構建含有荷正電和荷負電分子鏈的納濾分離層；