[发明专利]一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜及其制备方法与用途

说明书

本发明公开了一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜及其制备方法与用途，制备过程如下：将壳聚糖季铵盐粉末加入醋酸水溶液中，加热、搅拌得到透明溶液A；将增强剂丙烯酰胺、交联剂加入到醋酸水溶液中溶解后，再加入引发剂搅拌至全部溶解，得溶液B；将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀得具备室温自交联功能的预凝胶液。以超滤膜为基膜，采用表面多次涂覆法将预凝胶液转移至基膜表面，待室温交联固化后，将其置于鼓风烘箱中热处理，得超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜。本发明所述的制备方法简单，所得复合膜表面具备超亲水性，其通量高于传统单次负载法制备的膜，抗污染性能显著增强，对二价阳离子具有较高的截留率。

技术领域

本发明公开了一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜及其制备方法与用途，该复合膜具有超亲水性和较强抗有机污染性能，属于分离膜制备与应用技术领域。

背景技术

水资源短缺和严重的水污染已成为制约我国社会经济可持续发展的主要瓶颈。有机污染的多样性和复杂性也加剧了环境污染和水资源危机。膜分离技术已越来越多地用于应对水危机、环境污染。

然而，随着水环境的日益复杂，传统分离膜因其表面疏水性和表面能低，容易受到污染，导致膜通量和分离效率显著下降，膜寿命缩短。表面亲水改性被认为是缓解膜污染的有效方法，通过在聚合物膜表面引入亲水性基团，构建亲水防污表层，已经取得良好效果。

壳聚糖季铵盐作为一种亲水性物质加入到复合膜表面功能层，常用方法是将基膜依次浸渍在壳聚糖季铵盐溶液和交联剂中，然后在基膜表面形成了壳聚糖季铵盐交联反应后的功能层。本发明采用另一种方法将壳聚糖季铵盐交联功能层负载在基膜表面。水凝胶分子结构中含有大量亲水基团，可以捕获水分子并形成有机排斥层，在分离膜表面引入具有强水结合能力的水凝胶层是提高膜抗污性的有效方法。专利ZL201310424398.7、ZL201310424399.1、ZL201310424397.2通过离子交联法制备的海藻酸钙基水凝胶复合膜，显示出良好的抗污染性能，但其通量低，且在溶液中的稳定性和机械强度较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜及其制备方法。一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜，其以超滤膜为基底，在超滤膜表面多次涂覆具有室温自交联功能的预凝胶液，经室温交联固化、加热处理后得到水凝胶复合膜，该膜具有优异的抗污性能和机械性能，能够在盐溶液中稳定运行，并保证对二价阳离子的有效截留。本发明采用室温交联法可解决传统热交联、光交联的能耗问题；同时定量多次负载可以克服因单次负载交联不均而产生的膜表面缺陷；后一层负载的预凝胶液可与前一层已经固化的水凝胶中的分子之间进一步交联，最终形成更加致密均匀的互穿网络结构，且这种层间间歇互穿交联模式一定程度减小了水凝胶层的厚度，从而缩短水传输通道，提高通量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜的制备方法，将含有壳聚糖季铵盐、交联剂、引发剂和增强剂丙烯酰胺的预凝胶液快速均匀涂覆在基膜表面，室温下自交联固化，在预凝胶液极限交联固化时间内重复涂敷和自交联若干次，在基膜表面形成交联化程度高的壳聚糖季铵盐交联功能层。所述预凝胶液极限交联固化时间为预凝胶液开始固化无法均匀涂覆所需时间。

具体地，一种超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将壳聚糖季铵盐粉末加入醋酸水溶液中，加热、搅拌得到透明溶液A，自然冷却至室温备用；

(2)将增强剂丙烯酰胺(AM)、交联剂加入到醋酸水溶液中溶解后，再加入引发剂，室温搅拌至全部溶解，得溶液B；

(3)室温下将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀，得具备室温自交联功能的预凝胶液；

(4)搅拌均匀后立即将步骤(3)中的预凝胶液均匀地涂覆在基膜表面，自交联固化，在预凝胶液极限交联固化时间内重复涂敷和自交联若干次，然后置于鼓风烘箱中热处理，取出自然冷却至室温，得到超亲水壳聚糖季铵盐水凝胶复合膜。