[发明专利]一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜及其制备方法，该方法包括：采用静置法或旋涂法在多孔支撑膜上交替均匀涂覆至少一种脂环族酰氯溶液与至少一种脂环族胺溶液进行界面聚合，形成至少一层全脂环族聚酰胺纳滤膜。该方法在界面聚合过程中利用旋涂法，在多孔支撑膜上通过脂环族酰氯与脂环族胺类进行单层界面聚合或活性层层组装；本发明制备的全脂环族聚酰胺纳滤膜相较传统的芳香族‑脂环族混合结构聚酰胺纳滤膜具有更高的水通量、更高的二价/一价截留选择性，同时，在形貌上具有更薄的厚度，更低的表面粗糙度以及更好的均匀性，在工业废水处理零排放、水软化等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及水处理材料制备技术领域，具体涉及一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术以过程集约的策略解决日益增长的水供应问题，具有使用原料少、能源消耗少、装置尺寸小、无污染的优点，被认为是有潜力的方式。常用的水处理膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜；其中，纳滤膜又称“疏松性”反渗透膜，其截留分子量在200-1000之间，孔径在0.1-2nm之间；由于纳滤膜可依截留物质的不同分子量进行“切割”，故纳滤膜在水软化、医药和染料、食品加工、废水和污水处理及回收领域得到广泛应用，尤其在水软化、有机低分子(相对分子质量200～1000)的分级浓缩、有机物的除盐净化和浓缩、工业废水零排放等方面具有独特的优点和明显节能效果。

随着纳滤膜应用的深入，尤其是近年来零排放工艺中的分盐技术对纳滤膜的性能提出了更高要求：孔径尺度分布更加精细、形貌厚度可控、高的脱盐选择性、高通量的纳滤膜成为新的发展方向。改进制膜工艺、合成新的界面聚合单体成为制备新一代纳滤膜的主要思路。

目前，几乎所有聚酰胺基纳滤膜都基于TMC(均苯三甲酰氯)与PIP(无水哌嗪)单体通过经典的界面聚合反应制备而来，具有芳香族和脂环族的混合结构；具体制备步骤如下：即，先将多孔支撑体浸泡于水相胺溶液中，然后通过气体吹扫或滚轴推扫方式将表面多余的水相胺溶液除去，随后将其浸泡于油相酰氯溶液中，15s-5min后取出，即制备出厚度为20-200nm的纳滤膜。

尽管传统界面聚合工艺已可制备出脱盐性能优异的纳滤膜，但却不能对界面聚合反应以及膜外部(厚度，粗糙度，表面官能度)形貌、内部(化学，分子拓扑，分子均匀性)进行调控，而膜的外部形貌和内部结构对水通量，盐截留及水与盐的选择性来讲又至关重要；并且传统界面聚合法在对于多余原料的去除过程中，一般以滚轴推扫或气体吹扫方式去除超滤膜表面残留水相单体和油相单体，超滤膜表面与孔径内的水油两相单体分布并不均匀，因界面聚合反应的瞬时特征，此时，界面聚合以不可控的方式(单体扩散-控制机制)进行，进而生成膜的形貌、厚度并不均一，影响制备纳滤膜的脱盐性能。

另一方面，尽管应用实践表明TMC与PIP单体制备的纳滤膜具有一定的截留精度，但一价盐(NaCl)的截留率往往大于30％，并不能实现多价盐与单价盐的彻底分离；这可能主要是由单体的空间结构与反应活性所决定，因为现有的商业纳滤膜基本采用刚性、共平面结构芳香族酰氯单体与扭曲、非共平面结构的含氮杂环脂环族胺进行界面聚合制备半芳香族聚酰胺纳滤膜，形成的膜结构堆叠紧密，微孔结构分布窄，因此，通量低，分盐效果差。

发明内容

为了解决现有纳滤膜分离现状与制备中存在的问题，本发明的目的是提供一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜及其制备方法，以解决现有的纳滤膜制备方法不易调控、得到的纳滤膜通量低、选择性差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜的制备方法，包括：