[发明专利]一种抗污染聚酰胺薄膜复合膜的制备方法

说明书

本发明为一种抗污染聚酰胺薄膜复合膜的制备方法。该方法包括如下步骤：将水溶性二价金属盐和水相单体分别加入水中，得到含有二价金属离子的水相单体溶液；将多孔支撑层表面浸没于含有二价金属离子的水相单体溶液，取出后再将其置入有机相单体溶液中浸泡；最后进行熟化处理，最终得到抗污染聚酰胺薄膜复合膜。本发明具有针对性强、成本低、无毒、工艺简单、操作方便等优点，且易于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于聚酰胺薄膜复合膜制备技术领域，具体涉及一种有效提高聚酰胺薄膜复合膜抗污染能力的技术方法。

背景技术

随着世界人口的增长和城市化及工业化进程的持续推进，全球范围内的水资源短缺问题不断加剧，基于膜分离过程的水处理技术是应对水资源短缺问题的有力工具，特别是反渗透、正渗透和纳滤这三类具有精细分离功能的膜技术更是在苦咸水脱盐、海水淡化以及污水再生回用等诸多方面发挥了重要作用。目前，采用界面聚合方法制备的聚酰胺薄膜复合膜(TFC膜)凭借其优异的分离性能和渗透性能在反渗透、正渗透和纳滤领域占据了主导地位，然而实际应用过程中存在的膜污染问题成为了限制其进一步推广应用的主要障碍。

水中的溶解性有机物，如海水中的海藻酸钠(SA)、污水及其二级生物处理出水中的微生物胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)、地表水与苦咸水中的天然有机物(NOM)等，易于在TFC膜表面粘附与聚集，进而造成TFC膜污染。究其原因，除TFC膜憎水性较强外，另一个关键因素就是TFC膜表面含有大量羧基官能团，这些羧基官能团可作为活性位点，通过水中广泛存在的钙、镁离子的络合架桥作用，与水中的溶解性有机物发生化学性结合，从而促进有机物在TFC膜表面的不可逆沉积，加剧TFC膜的膜污染问题。

然而，现有的有关膜污染控制的公开文件多数旨在提高膜表面亲水性，并由此强化膜材料对疏水性有机物(以牛血清蛋白为代表)的抗污染能力。例如，中国专利申请号201410334374.7公开了一种基于紫外接枝聚合丙烯酸环氧烷基酯的抗污染聚合物膜制备方法，可明显提高膜面亲水性和针对牛血清蛋白的抗污染能力。中国专利申请号201510966664.8公开了一种基于亲水性高分子交联反应的抗污染反渗透膜制备方法，该方法可在保持稳定水通量与脱盐率的同时有效提高反渗透膜对牛血清蛋白的抗污染能力。中国专利申请号201710416654.6公开了一种基于端氨基多羟基化合物表面接枝的抗污染反渗透膜制备方法，该方法可同时提高反渗透膜的亲水性、水通量和针对牛血清蛋白的抗污染能力。纵观各类资料可知，现有的技术措施主要分为TFC膜表面接枝和表面涂敷两大类，然而其操作过程步骤复杂、条件苛刻，所用的接枝和涂敷材料也具有较高的价格，这样将会显著增加膜的制备成本，降低了其规模化生产与应用的可行性。

因此，如何以成本低廉且操作简便的方法有效强化TFC膜的抗污染能力是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的为针对现有技术所存在的不足，提供一种操作简单、成本低廉的抗污染聚酰胺薄膜复合膜的制备方法。该方法原创性提出了基于二价金属离子内部络合架桥作用的TFC膜原位抗污染改性方法，通过在TFC膜的界面聚合反应过程中向多元胺溶液中引入二价金属离子致使聚酰胺膜内部率先原位形成稳定的“二价金属离子-羧基”络合架桥结构，以占据TFC膜表面的羧基活性位点，进而减轻水处理过程中“有机污染物-金属离子-膜表面”三者之间的相互作用，从而有效减缓TFC膜在水处理应用过程中出现的膜污染问题。

本发明的技术方案为：

一种抗污染聚酰胺薄膜复合膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水溶性二价金属盐和水相单体分别加入水中，然后在恒温条件下(20～30℃)连续搅拌直至完全溶解，得到含有二价金属离子的水相单体溶液；

其中，水溶性二价金属盐的质量为水的质量的0.2～1.5％；水相单体质量为水的质量的0.1～6.0％；水相单体为多元胺；水溶性二价金属盐为钙盐、钡盐或镁盐；