[发明专利]一种含两性离子的荷正电纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳滤膜领域，尤其涉及一种含两性离子的荷正电纳滤膜及其制备方法。

背景技术：

膜分离技术作为一种新型的分离技术，与传统的蒸馏、精馏、萃取等分离技术相比，具有节能、高效、清洁、操作简便等优点。其中，纳滤膜分离技术是一种孔径介于反渗透膜和超滤膜之间、以压力为驱动的分离膜技术。纳滤膜对物质的分离主要是靠空间位阻和静电排斥作用来实现的，它具有操作压力低、渗透通量大等优点，因此被广泛用于水软化、废水处理、食品、制药、染料、化工等领域里物质的分离与提纯。

纳滤膜的表面分离层一般由聚电解质构成，大部分膜带有电荷，根据所带电荷性质不同，荷电纳滤膜可分为荷正电纳滤膜、荷负电纳滤膜和荷电镶嵌膜。目前，商品化的纳滤膜大多为荷负电或中性，较少荷正电性，而在许多应用领域，如硬水软化、废水中重金属离子的回收、荷正电药物的分离和提纯则对荷正电纳滤膜有实际应用的大量需求。

但对于单一荷正电性的纳滤膜，由于很容易受带负电物质如水体中胶体、细菌等污染而使其应用受到限制，因此为了能够更好地满足实际应用的需要，必须对其改性以提高抗污染性。两性离子由于在水溶液中具有很强的水合能力且具有抑制蛋白质吸附性，因此利用两性离子对纳滤膜进行功能化改性可以使其亲水性和抗污染性得到大幅度提高。如专利CN102294176A利用表面浸涂的方法在聚砜支撑层表面浸涂通过自由基共聚得到的含有两性离子的三元共聚物制成了含有两性离子的高渗透性纳滤膜；专利CN102294178A利用界面聚合的方法在聚砜支撑层表面通过多元胺和预先合成的两性离子单体与多元酰氯的界面缩聚制成了含有两性离子的聚酰胺纳滤膜。但表面浸涂法、界面聚合法作为目前制备复合纳滤膜主要制备方法，存在对基膜要求较高、制备步骤较多等问题。随着膜分离技术应用领域的日益扩展，市场对荷正电纳滤膜的需求也越来越多，因此急需开发出新型的制膜方法。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种含两性离子的荷正电纳滤膜及其制备方法。

一种含两性离子的荷正电纳滤膜，其特征在于由超滤膜支撑层和膜表面含季铵基团的单体与含两性离子的单体辐照接枝获得的聚合物接枝层为功能层组成的含两性离子的荷正电纳滤膜。

本发明提出的含两性离子的荷正电纳滤膜的制备方法，是采用辐照接枝的方法，具体制备步骤如下：首先将3～10质量份的含有季铵基团的单体和0.05～1质量份的含有两性离子的单体加入水中，配成总质量浓度为10～60％的水溶液，然后将上述配置好的混合液添加超滤膜表面进行辐照接枝得到含两性离子的荷正电纳滤膜。

本发明所述的含有季铵基团的单体为二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵或三甲基烯丙基氯化铵。所述的含有两性离子的单体为3-[N，N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、3-[N，N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]乙烷-1-羧酸内盐、3-(4-乙烯基吡啶)丙烷-1-羧酸内盐。

本发明中所采用的辐照共聚接枝的方法，包括紫外辐照、低温等离子体辐照或高能射线辐照等。由于紫外辐照的设备简单，反应容易控制，因此特别适于本发明。

根据本发明，大多数用于制备超滤膜的聚合物都可用本发明所采用的方法。特别是具有光敏性的聚合物更适于本发明。这类聚合物通常是主链或侧链带有羰基或砜基、二苯甲酮结构单元的光敏性聚合物，如聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚醚酮(PEK)，酚酞基聚醚酮(PEK-C)和酚酞基聚醚砜(PES-C)等。也可以是上述聚合物的共混或共聚物。

根据本发明，紫外辐照光源是一种低压汞灯。汞灯的功率可在100W～1000W之间选择，最适宜的功率为300W～800W。在光源的功率选定后，辐照光强度可以通过改变接枝膜与光源之间的距离来进行调节。辐照距离为0.5cm～50cm。辐照接枝时间为1～100min。接枝反应是在常温，在空气或氮气保护下进行的。反应结束后，制成的纳滤膜用超声波清洗几次，以除去未反应的单体及一些在溶液中形成的低分子量的共聚物和均聚物。

本发明通过调整共聚物中单体的种类、比例或辐照时间，所得纳滤膜的分离性能不同，对二价盐MgCl₂有较高的截留率，可达90％以上，水通量为10～35L.m^-2.h^-2。