[发明专利]一种结构稳定的纤维素平板纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种结构稳定的纤维素平板纳滤膜的制备方法，其是以再生纤维素膜作为支撑层，将其浸没于多巴胺溶液中进行表面修饰，再将表面修饰的再生纤维素膜先后放入哌嗪水溶液、均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行反应，而在膜表面形成聚酰胺活性层。其中，通过多巴胺的使用，增大了基膜与聚酰胺活性层之间的相互作用力，使得支撑层与活性层之间紧密结合，而使所制备的纳滤膜具有良好的稳定性。

技术领域

本发明属于天然高分子材料领域，具体涉及一种结构稳定的纤维素平板纳滤膜的制备方法。

背景技术

分离膜在膜技术中扮演着非常重要的角色，其能将废水中的有机物、微生物、金属离子等分离处理，从而达到净水的效果。其中，分离膜的膜孔受其制备工艺调控，根据膜的孔径特征可以划分为微滤、超滤、纳滤，不同孔径过滤的物质也有所不同，基于此，也应用于不同的领域。纳滤膜的截留分子量在200~1000Da之间，其孔径范围为1~10 nm，可有效应用于去除重金属、降低总溶解固体及软化水质等。由于纳滤膜大多表面带有电荷，因此对水中离子具有选择性截留，截留高价离子、渗透低价离子，保留了对人体有利的物质。界面聚合方法已广泛用于纳滤膜的工业生产中，所制备的纳滤膜是一种复合纳滤膜。界面聚合法主要是选择合适的水相单体（如哌嗪、聚乙烯亚胺等）和有机相单体（如1,3,5-均苯三甲酰氯等）在支撑层上进行聚合反应生成一层薄薄的活性层。市场上较为成熟的支撑层原料主要是有机合成高分子膜如聚醚类、聚偏氟乙烯类等，然而有机合成高分子膜在合成过程中对环境污染较大、材料成本较高，研究者开始寻求天然、环保、经济、高效的原料代替有机合成高分子膜。纤维素来源于广泛，具有廉价易得、再生性好等优点，将纤维素作为原料制备纤维素膜也逐渐发展起来。再生纤维素膜良好的亲水性、透气性、抗溶剂性等优点，具有有机合成高分子膜不可替代的优势。

现有的纤维素基纳滤膜是以再生纤维素膜为支撑层，选取一定浓度的哌嗪溶液和1,3,5-均苯三甲酰氯在支撑层上进行界面聚合反应，形成具有选择性过滤作用的活性层复合膜。然而，由于活性层与支撑层之间没有建立稳定的化学键，仅靠互相粘附的物理作用，在长期使用中，支撑层与活性层互相分离，导致纳滤膜的分离性能降低，需要定期进行更换新的分离膜，使用寿命较短。因此，需要选用经济、有效的方法对支撑层进行处理，在支撑层与活性层之间构建稳定的化学键，从而增强两层之间的相互作用力，避免活性层轻易从支撑层上脱落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定的纤维素平板纳滤膜的制备方法，其通过聚酰胺活性层与PDA-RCM之间的强粘附性和化学键以提高纤维素纳滤膜的结构稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种结构稳定的纤维素平板纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将纤维素原料粉碎后溶于70~90 wt%的NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）水溶液中，并加入纤维素原料2-3 wt‰的没食子酸正丙酯，于100~120 ℃搅拌反应1~3 h，然后停止加热，待温度降至90 ℃后关闭搅拌器，抽真空或静置脱泡2-5 h，得到4~10 wt %的纤维素铸膜液，将所得纤维素铸膜液倒在玻璃板上，利用涂布机刮制成膜，再迅速浸入去离子水中，脱膜，制得再生纤维素膜；

2）用Tris-HCl缓冲液（50 mM，pH=7-9）配制1~5 g/L的多巴胺溶液，然后将所得再生纤维素膜剪成直径为5~10 cm的圆形片状，并置于所得多巴胺溶液中，恒温振荡1~5h使多巴胺发生自聚反应，再用去离子水充分洗涤，得到表面修饰的再生纤维素膜；

3）将所得表面修饰的再生纤维素膜于0.01~0.50 wt%的哌嗪（PIP）水溶液中浸泡10~40 min，取出后用滤纸吸干表面残余液滴，再置于玻璃板上固定；

4）将固定在玻璃板上的膜材于0.01~0.50 wt%均苯三甲酰氯（TMC）的正己烷溶液中浸泡反应1~5 min，使PIP和TMC两种单体进行界面聚合反应，在膜表面形成聚酰胺活性层；