[发明专利]一种利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔滤膜的改性方法。

背景技术

膜分离技术已经成为水处理与净化领域的重要技术之一，其在饮用水厂升级改造过程中的作用尤显突出。相对于传统饮用水净化工艺，制约膜工艺在饮用水厂广泛应用的制约因素包括膜组件价格昂贵、污染严重、清洗频繁、寿命短等问题。膜材料的亲水化改性能够有效改善膜-水-污染物相互界面作用势、减轻污染、降低清洗频次、延长膜使用寿命，最终缩减水厂膜工艺经济成本。

膜材料亲水化改性方式繁多，分为物理共混与表面改性两大类，皆以引入亲水性材料为宗旨。物理共混可在相转化过程中原位引入亲水性无机颗粒、纳米材料、高分子、聚合物等，但不能缓解大部分亲水性材料被膜基体包裹的行为，物理共混改性膜在提高亲水性方面表现不佳。表面改性通过涂覆、嫁接、等离子体辐照、光辐照等途径仅改善膜表面亲水性，且对膜表面孔隙结构、粗糙程度产生损坏，最终影响渗透通量与截留性能。寻求损伤小、效能显著的亲水化改性方法成为从事膜领域研究工作者的共同诉求。

作为无孔膜之一，反渗透膜的超薄亲水性活性层由酰胺化界面聚合反应实现，采用较高浓度间苯二胺水相与均苯三甲酰氯油相界面键合来完成。该过程中间苯二胺、均苯三甲酰氯溶液的浓度控制尤为重要。二者绝对浓度较低，其酰胺化活性皮层过薄、致密性不够；二者相对浓度失调，其酰胺化活性皮层出现大片缺陷，均可导致反渗透通量过大、除盐率过低等问题。此外，反渗透膜的溶液界面聚合行为仅发生于膜表面，同时防止聚合溶液下渗至多孔支撑层。反渗透膜表面亲水性由酰胺键、活性胺、活性氯共同产生。

发明内容

本发明目的是为了解决现有多孔滤膜的改性过程中存在提高亲水性与不破坏滤膜表面结构不能兼顾的问题，而提供一种利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性方法。

一种利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性方法，按以下步骤实现：

一、配制质量浓度为0.05%～5%的活性胺水溶液和质量浓度为0.05%～1%的活性酰氯有机相溶液；

二、将多孔滤膜基膜浸入步骤一所述活性胺水溶液中0.5～120min，取出后晾干，得到活性胺改性的多孔滤膜；

三、将活性胺改性的多孔滤膜浸入步骤一所述活性酰氯有机相中0.5～30min后取出，得到复合多孔滤膜；

四、将复合多孔滤膜分别依次经过水浴浸泡、次氯酸钠溶液浸泡、亚硫酸氢钠溶液浸泡和水浴浸泡，取出，得到聚酰胺化亲水性多孔滤膜，即完成利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性。

本发明利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性方法，将反渗透膜酰胺化界面聚合过程中的缺点转化为多孔膜亲水化改性的强有力手段。稀溶液界面聚合行为逆其道而行之，通过低浓度活性胺、活性酰氯溶液在膜表面、孔道、支撑层的孔隙界面进行下渗、聚集、酰胺化聚合，形成亲水性皮层、孔道、支撑层，实现膜的全方位亲水化。首次提出利用稀溶液界面聚合行为对多孔滤膜进行亲水化改性的方法。

本发明利用活性胺与活性酰氯稀溶液在多孔滤膜皮层、支撑层孔道表面进行界面聚合形成亲水化纳米薄层（5～200nm），有效改善多孔滤膜表面及孔道亲水性，兼顾了提高亲水性与不破坏滤膜表面结构的问题。不同于反渗透致密皮层的酰胺化过程，本发明通过调配活性胺水相与活性酰氯油相稀溶液浓度，控制多孔滤膜孔道表面酰胺化修饰层厚度、氨基/活性氯基团含量，得到与多孔膜基体高度键合的亲水性孔道薄层。具有亲水化程度高、抗污染能力强、操作方法简单、成本低廉等优点，可用于饮用水处理微滤膜、超滤膜工艺长期稳定运行，出水达到国家《生活饮用水卫生标准》规定。

本发明利用稀溶液界面聚合行为的多孔滤膜亲水化改性方法，所获得的聚酰胺化亲水性多孔滤膜，无污染，易于清洗，亲水性高（接触角由87°～83°下降至62°～39°），亲水化程度提高28.7%～53.1%。经改性后的多孔滤膜，其纯水通量、污染通量、恢复通量分别可达320～400L·m^-2·h^-1、292～359L·m^-2·h^-1、315～388L·m^-2·h^-1，抗污染性能显著。类似于反渗透皮层，该类界面聚合层与多孔滤膜孔隙表面键合性高，不易溶胀、脱落，有利于多孔滤膜亲水性的长久保持。

本发明所述亲水化改性膜的处理对象为受污染水源水，污染物包括腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、油类、内分泌干扰物、新兴微污染物（药物、个人护理品类物）中的一种或几种组合。

附图说明