[发明专利]聚电解质-碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种电解质‑碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜及制备方法，将多孔支撑膜表面依次分别与阳离子和阴离子聚电解质溶液接触，重复过程，直到获得覆有n+0.5层阴‑阳离子聚电解质的膜。将覆有n+0.5层阴‑阳离子聚电解质的膜表面依次分别与含有碳量子点的间苯二胺水相溶液和均苯三甲酰氯有机相溶液接触，得到聚电解质‑碳量子点改性聚酰胺复合膜；再进行热处理，即得到聚电解质‑碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜。本发明弥补了现有聚酰胺纳滤膜通量低、抗污染性能差的不足，同时提高了层层自组装法的制膜效率和膜的稳定性，具有尺寸小、亲水性强、表面官能团丰富等优势，制备出具有多分离层的高性能复合纳滤膜。

技术领域

本发明涉及一种聚电解质-碳量子点改性聚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(Nanofiltration，NF)是一种分离能力介于超滤和反渗透之间的膜分离技术，其优点在于不仅对分子量介于200～1000Da的有机物和多价离子具有很高的截留率，而且对不同价态的离子能进行选择性分离。目前，成熟的商品化纳滤膜的分离层材质主要包括醋酸纤维素、聚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇和聚酰胺等。有关纳滤膜分离性能和机理等方面的研究已取得一定成果，如何克服膜透水性和截留率之间的“trade-off”效应，进一步提高纳滤膜的通量和截留效率，同时增强膜抗污染能力，成为当下研究的重点。

碳量子点(Carbon Quantum Dots，CQDs)作为一种新兴的零维碳纳米材料，具有良好的物理化学性质，如尺寸小、亲水性强、表面官能团丰富和低毒性，这些优点使其可以有效改善膜表面性质和结构，从而改良膜性能，在膜分离技术领域具有极大的应用前景。此外，碳量子点表面含有大量环氧基、羧基和羟基，这些官能团是改善膜表面性质的关键因素。因此，相较于常规纳滤膜，以碳量子点改性的纳滤膜具有更高的渗透通量和截留率以及优异的抗污染性能。

界面聚合(Interfacial Polymerization，IP)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，在界面中析出，从而形成超薄分离层。界面聚合反应对单体纯度和量的要求不高，反应速度快，所需设备简单。该法制备复合纳滤膜工艺简单，但对基膜性能的要求较高，界面聚合反应中副反应较多，且成膜过程在1min内完成，难以有效控制，因此，制备的纳滤膜通量不高且膜抗污染性能较差。

层层自组装(Layer-by-layer self-assembly，LbL self-assembly)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。层层自组装法的成膜物质丰富易得且不受基膜大小、材质、形状的限制，可以制备不同形状的超薄膜，同时单层膜的厚度可控，几微米至几纳米范围内均可以实现。此外，通过层层自组装法生成的膜表面带有较多的电荷，且荷电性可调，从而使膜表面与被分离物质之间形成静电排斥作用，达到选择分离的目的。然而，应用层层自组装法制备复合膜耗时长，生产效率低，在多次反复沉积过程中易导致沉积和交叉污染，同时依靠静电作用和氢键作用成膜比共价键成膜的稳定性差，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。

因此，为改善由界面聚合法制得的聚酰胺纳滤膜的不足，同时提高层层自组装法的制膜效率和膜的稳定性，成为本领域亟待解决的技术问题。

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-碳量子点改性聚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有机结合，并利用碳量子点良好的亲水性与超小尺寸的优点，制备高通量、高截留率、抗污性能好的复合纳滤膜。

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-碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：