[发明专利]一种荷正电纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种荷正电纳滤膜及其制备方法。所述荷正电纳滤膜的主要组分为叔胺型含氯共聚物A的自交联产物，或者含氯聚合物B与叔胺型聚合物C共混交联的产物。所述的荷正电纳滤膜的制备方法为：（1）将叔胺型含氯共聚物A，或将含氯聚合物B、叔胺型聚合物C溶解于制膜溶剂中，加入季铵化抑制剂，混合均匀制成制膜液，通过溶液相转化法从凝固浴中固化，制备成活性前体膜；（2）将制得的活性前体膜热处理，得到荷正电纳滤膜。本发明可以制成平板膜或中空纤维膜，制备过程中膜结构与性能可控性强、工艺简单，制造成本低、可实现清洁化生产，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种荷正电纳滤膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术具有效率高、设备简单、操作方便、节能环保等优点，在工业领域显示出极大的应用潜力，其应用范围已扩展到生物、医药、环保、能源、海水淡化、废水处理等领域。纳滤(Nanofiltration，简称NF)是介于反渗透(RO)和超滤(UF)之间的一种膜分离技术，是目前世界水处理领域研究的热点之一。典型的纳滤膜具有以下的特征：(1)纳滤膜一般都是复合膜，由支撑层和致密功能层组成，纳滤膜的截留性能和通量取决于致密功能层。(2)截留物质的相对分子量(200～2000)介于反渗透和超滤之间，膜孔径约为1nm。(3)膜的截留性能受孔径筛分效应和荷电效应共同影响，对不同价态的离子有不同的截留率，通常对单价离子(NO₃^-、Cl^-、Na⁺、K⁺)的截留率较低(30-50％)，对高价离子(PO₄^3-、SO₄^2-、Mg²⁺、Ca²⁺)的截留率较高(90％左右)。(4)操作压力比反渗透所需的压力低，一般的操作压力在0.8～2.0MPa之间。其在食品工业，化工医药业，饮用水行业，废水处理等领域有着广阔的应用前景。

目前商品化纳滤膜的制备方法是以磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)超滤膜为支撑层(基膜)，通过界面聚合在表层形成具有纳滤孔径的聚酰胺(PA)致密功能层从而得到具有双层结构的纳滤膜。界面聚合是先在支撑膜表面涂覆一层多元胺的水溶液，然后再涂覆一层多元酰氯的有机物溶液，利用多元胺与多元酰氯的反应制备聚酰胺致密功能层。现有技术采用界面聚合方法、表面涂覆的方法来制备纳滤膜，制得的纳滤膜分为支撑层和致密功能层的两层结构，如中国专利CN102423643B和CN101254419B就采用不同的多元胺为水相涂覆基膜，该基膜为支撑层；然后用多元酰氯为油相进行交联形成致密功能层。其不足之处在于：首先在较高的运行压力下，现有的单层膜无法达到兼具较好的截留性能和高通量的要求，现有的机械性能好的单层膜无法满足纳滤膜的截留性能；现有的截留性能好的单层膜，无法满足纳滤膜机械性能的要求，膜很容易被压扁变形，导致膜结构破坏。为了维持膜结构的稳定性而且同时满足截留性能，不得不采用支撑层与致密功能层的两层复合结构膜，来满足纳滤膜机械性能和截留性能的要求，从而极大地提高了制造成本。而现有的超滤膜和微滤膜可以采用单层膜，是由于这两种膜不需要对离子进行截留，只需要截留高分子量的物质(分子量>1万)，其截留性能要求远远低于纳滤膜的截留性能，并且其孔径较大(>10nm),在很低的运行压力下(通常为0.01-0.1MPa)就能满足高通量要求，所以不必专门采用支撑层来强化膜的机械性能。

现有技术采用界面聚合方法制备纳滤膜的不足之处还在于，制模时采用水相多元胺和油相酰氯依次涂覆，进行交联反应来提供致密的致密功能层，步骤繁琐，并且反应所得到致密功能层与支撑层之间只有物理吸附作用，没有化学键的强作用力，结合不稳定，膜结构清洗时非常容易被破坏。最后，通过界面聚合法或表面涂覆法构造的致密功能层较厚，会降低纳滤膜的通量，要得到较高的通量，就必须提高使用压力，必然会增加运行成本。另外，现有的商品化纳滤膜所制备的聚酰胺致密功能层种类单一，而且多数制备出平板膜，运行时采用卷式膜组件，污染后不易清洗。因此，从材料选择和成膜方法两方面出发寻找并实现低成本、高性能纳滤膜的制备是纳滤膜技术发展的主要出路。