一种采用二价金属离子制备的高通量聚酰胺纳滤膜及其制备方法与流程

本发明涉及纳滤膜技术领域，具体涉及一种采用二价金属离子制备的高通量聚酰胺纳滤膜及其制备方法。

背景技术：

大部分纳滤膜是通过界面聚合形成的薄膜复合材料，在具有良好机械性能的多孔载体超滤膜上分别形成了致密的超薄选择层。复合膜的性能取决于超薄选择层的化学性质和制备条件，大多数研究集中于通过优化复合膜的制备参数来改善膜的性能，比如单体浓度，反应时间，后处理温度等参数，然而这些研究只能有限程度上的改善膜的性能。复合膜的改性吸引了越来越多的研究者的关注，然而，就现有报道来看，这些改性材料仍存在改性效果不明显，成本高，膜易产生缺陷等问题。二价可溶性盐是一种价廉易得的材料，同时该膜的制备工艺简单易操作，具有良好的工业应用前景。

技术实现要素：

本发明提出一种采用二价可溶金属离子诱导，制备高通量聚酰胺纳滤膜的技术方案。研究发现，在聚酰胺纳滤膜制备过程中，在含氨基单体溶液引入一种或多种二价金属离子，该金属离子可以调控多氨单体与酰氯的界面聚合速度，促进形成高表面积的大通量聚酰胺脱盐层，提高膜的亲水性能，大幅度提高了膜的水渗透性能。具体的技术方案如下：

一种采用二价金属离子制备高通量聚酰胺纳滤膜的制备方法，步骤如下：

(1)将聚砜超滤膜支撑膜先在含有可溶性二价金属离子的盐溶液中浸渍一段时间后晾干；

(2)将步骤(1)得到的膜在水相单体中浸渍一段时间后晾干，形成水相液层；其中水相单体为哌嗪；

(3)将步骤(2)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触一段时间后，在烘箱中烘干；其中有机相活性单体为均苯三甲酰氯。

优选地，可溶性二价金属离子的盐为锌、镁、铜或钙的可溶性盐，包括硝酸盐、氯化物、硫酸盐及其水合物。

优选地，步骤(1)中的二价金属离子的盐溶液的质量分数为0.01-50wt％。

优选地，步骤(1)中的浸渍时间为1-15min。

优选地，步骤(2)中的水相单体的质量分数为0.001-0.5wt％。

优选地，步骤(2)中的浸渍时间为1-10min。

优选地，步骤(3)中的有机相活性单体的质量分数为0.001-0.5wt％。

优选地，步骤(3)中的浸渍时间为1-5min。

优选地，步骤(3)中的烘箱温度为30-80℃，烘干时间为5-30min。

上述方法得到一种采用二价金属离子制备的高通量聚酰胺纳滤膜。

本发明的有益效果在于：

(1)二价金属离子可以调控多氨单体与酰氯的界面聚合速度，促进形成高表面积的大通量聚酰胺脱盐层，提高膜的亲水性能，大幅度提高了膜的水渗透性能。

(2)二价金属离子制备的聚酰胺纳滤膜不仅有效提高了聚酰胺复合膜的水通量，而且该膜并没有损失掉无机盐和有机染料大分子的截留率。

附图说明

图1为实施例1中二价金属离子制备的纳滤膜的表面图；

图2为实施例4中二价金属离子制备的纳滤膜的表面图；

图3为对比例1中纳滤膜的表面图；

图中标注:su8010为机器型号，se(ul)为上探头接收二次电子信号。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

下面对本发明实施例作进一步说明：

实施例1：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取4.9201g六水合氯化镁溶解在100ml去离子水，将聚砜超滤膜支撑膜在六水合氯化镁水溶液中浸渍4min后晾干。

(2)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将步骤(1)得到的膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(3)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(2)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min，然后泡在去离子水中待测试。

对实施例1所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压0.5h，硫酸钠浓度1000ppm；实验结果：水通量：69.33l/m²·h截留率：93.27％。

实施例2：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取9.8006g六水合氯化镁溶解在100ml去离子水，将聚砜超滤膜支撑膜在六水合氯化镁水溶液中浸渍4min后晾干。

(2)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将步骤(1)得到的膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(3)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(2)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min，然后泡在去离子水中待测试。

对实施例2所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压1h，甲基橙浓度100ppm；实验结果：水通量：66.75l/m²·h截留率：93.91％。

实施例3：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取9.8006g六水合氯化镁溶解在100ml去离子水，将聚砜超滤膜支撑膜在六水合氯化镁水溶液中浸渍4min后晾干。

(2)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将步骤(1)得到的膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(3)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(2)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min，然后泡在去离子水中待测试。

对实施例3所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压1h，刚果红浓度100ppm；实验结果：水通量：58.75l/m²·h截留率：98.65％。

实施例4：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取1.2306g六水合硝酸锌溶解在100ml去离子水，将聚砜超滤膜支撑膜在六水合硝酸锌水溶液中浸渍4min后晾干。

(2)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将步骤(1)得到的膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(3)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(2)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min，然后泡在去离子水中待测试。

对实施例4所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压1h，刚果红浓度100ppm；实验结果：水通量：61.75l/m²·h截留率：98.61％。

对比例1：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将聚砜超滤膜支撑膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(2)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(1)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min。然后浸泡在去离子水中待测试。

对对比例1所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压0.5h，硫酸钠浓度1000ppm；实验结果：水通量：12.29l/m²·h截留率：90.86％。

对比例2：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将聚砜超滤膜支撑膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(2)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(1)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min。然后浸泡在去离子水中待测试。

对对比例2所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压0.5h，甲基橙浓度100ppm；实验结果：水通量：13.09l/m²·h截留率：93.51％。

对比例3：

做膜条件：25℃，相对湿度40％±2。

(1)称取0.2502g哌嗪溶解在100ml去离子水中，将聚砜超滤膜支撑膜浸渍于水相单体中4min后晾干，形成水相液层。

(2)称取0.1003g均苯三甲酰氯溶解在100ml正己烷中，将步骤(1)得到的膜与含有活性单体的有机相溶液接触1min后，在烘箱60℃中烘15min。然后浸泡在去离子水中待测试。

对对比例3所得纳滤膜进行分析：

本实例所制备的纳滤膜装入膜性能评价装置中，实验条件：0.6mpa，预压0.5h，刚果红浓度100ppm；实验结果：水通量：12.11l/m²·h截留率：98.22％。