[发明专利]一种自组装共价交联纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于分离膜制备技术领域，涉及一种具有抑菌性的自组装共价交联纳滤膜的制备方法，将辣素衍生物通过共混到聚电解质溶液中并通过自组装的形式制备成纳滤膜，再通过交联作用实现辣素衍生物的固定化，增强纳滤膜的膜稳定性。

背景技术：

纳滤膜的孔径范围在纳米级，其截留分子量为200～1000，与截留相对分子质量相对应的膜孔径为1～3nm，是一种介于反渗透和超滤之间的膜，纳滤膜可以截留糖类等低相对分子质量有机物和高价无机盐（如MgSO₄等），对单价无机盐的截留率仅为10%～80%，在相同通量条件下，纳滤膜所要求的驱动压力比反渗透膜低，一般纳滤操作压力为0.5～1.5MPa，纳滤膜独特的分离性能使纳滤膜在水处理、医药、染料领域、食品加工、废水和污水处理与回用均有广泛应用。对纳滤膜制备技术的研究，国内外以界面聚合、相转化法和表面接枝改性法为主，随着分离体系复杂程度的增加和对分离性能要求的提高，开发新的、同时具有高通量和高选择性的纳滤膜成为膜分离领域的研究热点，近年来层层自组装技术（LBL）受到高度关注，其方法简单，是聚电解质分子或带电物质在液/固界面上的静电相互作用的交替沉积，且不局限于基底的种类、尺寸和表面形状，采用LBL方法制备的纳滤膜有以下优势：一是聚电解质带有大量的电荷，可与被分离的物质产生道南效应，达到选择分离的目的；二是通过调整聚电解质的物质种类和沉积条件，可对自组装膜的结构和性能进行控制；三是每层聚电解质分子通过离子键结合，增强膜的强度；目前的层层自组装多借助于层与层间的静电力、氢键、电荷转移作用、配位作用、主客观相互作用和酸碱对等作用，而这些基于弱相互作用的聚合物多层膜的稳定性常常不足，不能抵御较为苛刻的外部环境而被破坏，这些外部环境包括有机溶剂的溶解、酸碱盐的侵蚀和高温的分解等。目前，人们正在发展一些基于共价键来获得稳定的多层膜的新组装技术，共价键的强度要比静电和氢键等弱相互作用力大，如果通过共价键的方法来制备聚合物的多层膜，可获得结构更为稳定的聚合物超薄膜，这是因为分子间依靠可反应的基团相互结合，形成高度交联的聚合物网络结构。因此，一旦反应完成，就不能被有机溶剂溶解，也不能被一般浓度的酸碱和盐破坏，耐高温性提高，同时仍能够保持层层组装技术在控制膜结构方面的便利等优点。为提高自组装纳滤膜的强度和稳定性，可将带有反应性基团的物质组装到膜中，然后进行化学反应，使组装膜层间形成共价键，中国专利申请号201010249144.2公开了一种基于共价作用组装多层分离膜的方法，采用自组装技术，通过共价作用形成的多层渗透汽化膜，使膜的稳定性和耐酸碱性得到显著提高。纳滤膜在分离过程中截留的细菌等污染物会附着在膜表面甚至膜孔中，极易在膜表面形成生物膜，并进一步生长繁殖形成生物污垢，同时释放有机溶质，被膜截留形成凝胶层，形成难以除去的生物污染。膜的生物污染降低了膜的过滤效率和膜产水量，同时增加了膜的清洗频率，缩短了膜的使用寿命，增加了膜更换的次数，从而使膜组件的使用成本和运行成本增加。制备具有抑菌作用的纳滤膜是今后发展的方向。辣素具有广谱抑菌作用，是一种高效的天然抗菌剂，现已应用于海洋防污涂料中。美国专利5226380、5397385、5925370和中国专利200510081683.9均是有关将辣素衍生物用在防污涂料中的应用，经实船涂装试验，所得结果表明：此种配方的辣素防污涂料能够较好的抑制污损生物的附着；中国专利申请号201210056842.X公开了一种“亲水性含辣素官能团的抗生物污染超滤膜及其制备方法”将辣素引入了制备聚砜超滤膜的铸膜液中，通过浸没沉淀相转化法制备了新型抑菌超滤膜，其抑菌率达85%左右，增长了膜的使用寿命。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种在基膜上利用层层自组装与化学交联相结合制备抑菌性纳滤膜的新方法，实现从超滤基膜通过一个或多个双层改性成纳滤膜，提高复合膜的稳定性和抑菌性，得到分离性能、稳定性和抑菌性高的纳滤膜。