[发明专利]聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法，利用阴阳离子聚电解质在基膜表面交替动态层层自组装生成聚电解质层，在覆有聚电解质层的膜表面通过界面聚合法生成一层磁响应式聚哌嗪酰胺层，热处理，即得聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。本发明制备出一种具有高通量、高截留、抗污染性能强的多分离层复合纳滤膜，膜表面亲水官能团丰富、具有纳米尺寸的孔道等独特优势强化纳滤膜的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

纳滤是一种分离能力介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。纳滤膜的孔径在几个纳米左右，对二价或多价离子及分子量介于200～1000Da之间的有机物有较高的脱除率。被广泛地用于硬水软化、饮用水净化、废水处理和回用、染料等化工和生物制品的分级、纯化和浓缩等领域。

层层自组装是一种简单且适用性广的表面修饰方法，主要是通过带有相反电荷的聚电解质在静电吸引力、范德华力、氢键力以及共价键等的共同作用下自发组装成具有特殊层状结构的聚合物薄膜的方法。层层自组装法制得的聚电解质层具有可吸附多种目标物，吸附容量大的特点，还可以通过层层自组装法定向调控形成的膜表面荷电情况，使膜面与被分离物质之间形成静电排斥作用，从而达到选择分离的目的。然而，传统的静态层层自组装法通常需要较多的自组装层数，聚电解质的沉积速度慢，且在多次反复沉积过程中易导致聚电解质交叉污染，因此制备复合膜耗时长，生产效率低。动态层层自组装法是在一定压力下，以过滤的方式将带相反电荷的聚电解质交替沉积在基膜表面上的一种方法，因此聚电解质的沉积速度更快，与基膜的结合更加牢固。然而不论哪一种自组装方式皆主要依靠静电作用成膜，制得的膜稳定性较差，在极性较强的溶剂中易发生溶胀，导致复合膜的截留率降低。

界面聚合法是两种高反应活性的单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中，在两液相界面处发生缩聚反应，所得到的聚合物不溶于溶剂，且稳定性较好。界面聚合法制备工艺简单，但对基膜性能的要求较高，界面聚合反应中副反应较多，且成膜速度快，难以有效控制，制备的纳滤膜抗污染性能较差。

Fe₃O₄纳米颗粒具有优异的化学稳定性和独特的磁性。在振荡的外部磁场作用下，纳滤膜分离层中引入的Fe₃O₄纳米颗粒会在膜表面产生扭矩效应，进而破坏浓差极化边界层，从而抑制污染物向膜面的吸附累积。因此Fe₃O₄纳米颗粒是一种优异的纳滤膜改性材料。然而，Fe₃O₄纳米颗粒的引入会造成纳滤膜表面分离层的致密度降低，导致通量增加，截留率降低。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，将界面聚合法与层层自组装法联合使用，以Fe₃O₄为改性纳米材料，通过阴阳离子聚电解质在基膜表面交替自组装形成的聚电解质层能够作为底部分离层，提高纳滤膜的截留能力，同时利用界面聚合法制得的顶部分离层稳定性较好，弥补了聚电解质层稳定性较差的缺点，从而制备出一种具有高通量、高截留、抗污染性能强的多分离层复合纳滤膜。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供了一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基膜固定在装有阳离子聚电解质溶液的动态层层自组装系统的膜池中，在压力条件下运行，将阳离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有阳离子聚电解质的膜；

(2)将去离子水换成阴离子聚电解质溶液，在压力条件下运行，将阴离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有1个聚电解质双层的膜；