[发明专利]一种金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜的应用

说明书

本发明属于膜分离领域，公开了一种金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜的应用，该应用是应用于膜分离中；金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜为金属离子与含羧酸阴离子的聚酰亚胺膜材料基于金属离子的配位作用形成的交联聚合物，是先用碱对聚酰亚胺进行处理形成聚酰胺酸盐，再对聚酰胺酸盐进行离子交换使目标金属离子参与构建材料，由此形成金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜。本发明通过对多孔膜的细节结构和组成进行改进，引入金属离子交联，能够有效解决现有耐溶剂复合膜以传统的二胺化学交联的聚酰亚胺作为基膜带来的渗透通量与选择性之间矛盾的壁垒，应用于膜分离中，尤其能够提升膜的耐有机溶剂性。

技术领域

本发明属于膜分离领域，更具体地，涉及一种金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜的应用，基于本发明，尤其能够得到一种以金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜为支撑层的薄膜复合膜，该金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜及其薄膜复合膜尤其能够耐有机溶剂。

背景技术

对于耐溶剂纳滤薄膜复合膜来说，基膜良好的耐溶剂性是保证其在苛刻条件下维持高操作稳定性的先决条件。聚酰亚胺由于机械性能突出、热稳定性高、较好的耐溶剂能力，一定的亲水性近年来越来越广泛的应用于基膜材料，然而聚酰亚胺通常缺乏对有机溶剂足够的抵抗力，在耐溶剂纳滤应用中会发生溶胀甚至溶解，因此聚酰亚胺膜通常需要进行改性以提高其耐溶剂能力。热处理和溶剂退火是提高聚合物膜耐溶剂性的简单方法，然而，它们在长期操作中往往会丧失效果；传统的化学交联(常用的是二胺交联)尽管提高了膜的耐溶剂性和稳定性，以及整体复合膜的选择性，但由于聚合物链间的收紧和微观结构的致密，常常会导致复合膜渗透通量的降低。良好的耐溶剂性是能适用于耐溶剂纳滤的前提，而适宜的理化性质(包括孔径大小、亲水性等)也是影响膜性能重要的因素。本发明发明人在前研究得到了一种碱处理聚酰亚胺多孔分离膜及其制备方法与应用(可参见中国专利文献CN109012184A)，通过碱溶液处理能够调控聚酰亚胺多孔分离膜的孔径、亲水性以及耐溶剂能力。虽然这一研究成果在一定程度上解决了上述问题，但是长时间碱处理后的聚酰亚胺膜机械性能显著降低，耐溶剂性能变差。

因此如何用化学交联有效地权衡薄膜复合膜的渗透性与选择性，同时优化基膜的形态及性质，提升其分离性能是目前面临的一个问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜的应用，其中通过对多孔膜的细节结构和组成进行改进，配合多孔膜制备过程的改进，引入金属离子交联，能够有效解决现有耐溶剂复合膜以传统的二胺化学交联的聚酰亚胺作为基膜带来的渗透通量与选择性之间矛盾的壁垒，应用于膜分离中，尤其能够提升膜的耐有机溶剂性。本发明中的金属离子配位交联聚酰亚胺多孔分离膜可直接作为微滤膜、超滤膜应用于膜分离；以该金属离子配位交联聚酰亚胺为基膜也可相应得到高渗透通量、高选择性的耐溶剂薄膜复合纳滤膜，且整个改性过程中不产生任何有机废液，从而解决了传统二胺交联过程易产生较多有机废液同时交联后膜的渗透通量低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明提供了一种金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜在膜分离中的应用，其特征在于，该金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜为金属离子与含羧酸阴离子的聚酰亚胺膜材料基于金属离子的配位作用形成的交联聚合物；该金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜是先用碱对聚酰亚胺进行处理，利用碱对聚酰亚胺的化学作用形成聚酰胺酸盐，再对所述聚酰胺酸盐进行离子交换使目标金属离子参与构建材料，由此形成所述金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜；其中，碱对聚酰亚胺的处理具体是在非溶剂诱导相转化法制膜的过程中采用碱溶液进行凝固浴；在所述碱对聚酰亚胺的化学作用下，聚酰亚胺链中的酰亚胺基团开环形成酰胺基团和羧酸盐基团；此外，经碱凝固浴的聚酰亚胺膜上分布有孔结构；

所述目标金属离子是具有配位能力的金属离子，能与羧酸根配体形成二配体或多配体络合物；所述目标金属离子的络合常数大于所述碱溶液中阳离子的络合常数。

作为本发明的进一步优选，所述金属离子配位交联的聚酰亚胺多孔膜具体是应用于含有机溶剂分离的膜分离中；