[发明专利]一种基于热诱导无机盐晶体生长制备纳滤膜的方法

说明书

本发明提供了一种基于热诱导无机盐晶体生长制备纳滤膜的方法，属于纳滤膜制备技术领域。本发明利用可溶性无机盐的水溶性及热诱导结晶的特性，将可溶性无机盐添加到哌嗪的水溶液中与均苯三甲酰氯溶液进行界面聚合反应，可溶性无机盐随界面反应附着在支撑层上，在热处理过程中游离的无机盐离子诱导生成无机盐晶体，借助无机盐晶体生长过程中对覆盖其上的初生PA层产生的各个方向作用力改变PA层形貌结构，最后无机盐晶体伴随膜在水环境中的保存而溶解、消失，从而获得高效率分离性能的纳滤膜。实施例结果表明，本发明方法所得纳滤膜渗透通量可达24.1L m^‑2h^‑1bar^‑1，对Na₂SO₄的溶质截留率可达96.2％。

技术领域

本发明涉及纳滤膜制备技术领域，特别涉及一种基于热诱导无机盐晶体生长制备纳滤膜的方法。

背景技术

在众多的水净化技术中，压力驱动膜中的纳滤膜以低能耗、高效率、能够去除多价盐及分子量大于200Da的有机分子的优点而被广泛地用于水净化处理领域。

纳滤膜的制备通常使用界面聚合技术，即通过水相单体(如哌嗪)在界面向油相溶液(如均苯三甲酰氯溶液)扩散，在多孔支撑层(通常是超滤或微滤膜)上面沉积起分离作用的聚酰胺(PA)活性层薄膜材料。然而，直接采用界面聚合法制备的纳滤膜本身渗透通量通常在10L m^-2h^-1bar^-1以下，且通量与溶质截留率之间存在明显的“Trade-off”效应，即通量升高，溶质截留率就会降低。因此，提高纳滤膜的渗透通量的同时保持纳滤膜优异的溶质分离性能，是水处理工业一直以来研究的热点之一。

在早期的研究中，人们更多的偏向于通过降低水分子穿透PA活性层的渗透阻力来实现纳滤膜综合性能的提高，然而，高度曲折的交联聚合物链限制了水分子在PA活性层中的快速运输，明显的性能提高较难实现。为降低水分子透过纳滤膜的传输阻力，最直接的方法是获得尽可能薄的PA活性层，以此增大纳滤膜的渗透通量。例如，中科院苏州纳米所靳健研究员将经过聚多巴胺包裹的单壁碳纳米管(PD/SWNT)作为支撑层和PA活性层之间的界层，PD/SWNT界层具有高孔隙率、光滑、亲水的优点，有效地控制了水相单体向油相溶液的释放与扩散，PA活性层厚度薄至12nm，使得复合纳滤膜的渗透通量达到32L m^-2h^-1bar^-1，同时保持了95.9％的二价盐截留率(Small 2016,12,5034-5041.)。然而，PA活性层过薄的话，会产生缺陷，从而使纳滤膜的分离性能降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于热诱导无机盐晶体生长制备纳滤膜的方法。本发明所述方法制备得到的纳滤膜在具有高渗透通量的同时还具有优异的溶质选择分离性能。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于热诱导无机盐晶体生长制备纳滤膜的方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性有机高聚物、制孔添加剂与有机溶剂混合，得到铸膜液；

(2)将所述铸膜液涂覆在无纺布一侧表面，静置后将涂覆有铸膜液的无纺布浸入水中进行溶剂交换，得到平板超滤膜支撑层；

(3)将可溶性无机盐与哌嗪水溶液混合，得到含有可溶性无机盐的哌嗪水相溶液，所述可溶性无机盐的哌嗪水相溶液中的可溶性无机盐的质量浓度为0.1～2％；

(4)将所述平板超滤膜支撑层浸泡于含有可溶性无机盐的哌嗪水相溶液中，取出后得到吸附有哌嗪及无机盐的平板超滤膜支撑层；

(5)将所述吸附有哌嗪及无机盐的平板超滤膜支撑层与均苯三甲酰氯溶液接触，进行界面聚合，得到初生纳滤膜，所述初生纳滤膜包括支撑层和沉积在所述支撑层上的PA活性层，所述支撑层和PA活性层之间吸附有无机盐；