[发明专利]两性离子聚合物混合基质复合膜的制备方法

说明书

本发明提供一种两性离子聚合物混合基质复合膜的制备方法，属于复合膜制备技术领域，包括在一定厚度、多孔的底膜上进行两性离子单体接枝共聚反应；通过接枝共聚化学反应引入两性离子单体，增加了底膜表面的亲水性以及对金属离子的配位能力，增加了水通道，提升水分子通过速率。在进行了两性离子单体接枝共聚反应后的底膜上进行原位生长MOF材料，本发明制备原位生长的MOF材料，可在水中进行，最后形成了多孔、化学稳定性好、比表面积大、孔隙率高的金属有机框架结构；在此基础上，进行界面聚合反应，经过热处理工艺促进交联反应，最终形成两性离子聚合物混合基质复合膜。

技术领域

本发明涉及复合膜制备技术领域，具体涉及一种两性离子聚合物混合基质复合膜的制备方法。

背景技术

目前商业化的家用水处理膜(反渗透膜，纳滤膜)的膜片结构基本为三层结构，即无纺布层、聚砜(PS)层、超薄分离层。无纺布作为主要的支撑层，其次是聚砜(PS)层，作为超薄分离层的界面聚合载体；超薄脱盐层主要是透过水分子，阻碍其他离子的通过。

众所周知，无论是纳滤膜，还是反渗透膜，都存在tade-off效应；即水通量和离子选择透过性存在相互制约的关系，要获得更高的水透过性能，需要牺牲部分脱盐性能。除了脱盐层的交联度，厚度，孔结构及与聚砜(PS)层的孔的渗透结合程度等影响膜的性能外，聚砜(PS)层的孔径大小，孔隙率，孔分布等均对膜的性能产生间接重要的影响。

目前，有无纺布支撑的家用分离膜制备工艺已经非常成熟，但在解决tade-off效应的问题上目前还在不断的研究实验。主要集中在改善基膜的结构，超薄分离层的厚度，孔结构等；具体手段即在反应体系中添加小分子助剂，共混纳米材料，设计多层结构等。其中，MOF材料作为一种多孔的金属有机骨架材料，种类丰富，热稳定性好，比较面积大等优点，在催化剂、水处理、药物等领域有广阔的应用前景；目前作为基膜使用，除了聚砜(PS)膜在水处理膜中的成熟应用外，聚烯烃膜(聚乙烯PE，聚丙烯PP)化学稳定性、耐酸碱、孔径大、孔隙率高等优点目前也被纳入水处理膜的研究领域。

膜法水处理技术具有制备运营成本低，能有效获得优质水源，可以应用在海水、苦咸水、工业污水、染料分离等领域，是目前优选的解决水资源短缺的一种有效手段；膜材料的性能则决定了水处理工艺的水质量、成本、能耗等。

膜通量和脱盐率是考察膜性能两个重要指标，并且这两个指标存在trade off的关系，即选择性和透过性存在一种平衡关系，很多学者针对保持高脱盐率的同时，有效提高水通量这一问题进行了研究。例如改善基膜工艺，提升基膜孔隙率、孔径结构等，间接提升水处理分离膜的性能；在水油相溶液中加入小分子添加剂，调控反应速率、粘度等来提高膜片的性能；在超薄分离层中掺杂无机材料来增加水的通道提升水通量，以及在超薄分离层表面接枝改性提高膜表面亲水性等研究手段。

MOF材料作为一类金属有机骨架材料，具有比表面积大，孔隙率高、允许水分子快速通过等优点，也被应用到提高水处理膜性能的研究中。目前主要集中在通过机械共混方式制备基膜和共混在水油相中制备超薄分离层，以及在基膜上原位生长MOF材料两种方式。

目前也有学者通过引入两性离子材料来改善水处理膜的性能；两性离子基团是指同时含有正离子和负离子的基团。一般正离子基团指的是季铵基团，负离子基团有羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团等。由于含有亲水性基团，使得这种物质周围可以聚集水分子，并且通过正负基团上的静电吸引作用，形成水溶液性的海藻卷曲结构，有利于自身材料的稳定，及形成一定空隙的通道，有文献指出，通过这种正负电荷吸引形成的孔道宽度约1nm,可以阻碍大分子及水合离子的通过。