[发明专利]一种具有双电层表面的智能纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有双电层表面的智能纳滤膜制备方法，其在导电膜表面引入不同荷电性的分子链，利用它们对电场刺激的响应性不同而形成一种双电层结构。本发明的有益效果如下：本发明在导电超滤膜表面构建含有不同荷电性分子链的纳滤分离层，在过滤过程中利用电场诱导分子链发生取向排列从而形成特殊的“双电层”结构，从而通过调节电场方向、强度等参数来实现精确的分子分离，利用增强的静电排斥作用来提高分离膜的抗污染性能。

技术领域

本发明涉及聚合物智能膜技术领域，尤其是涉及一种具有双电层表面的智能纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤是膜分离技术中的一个重要分支，纳滤膜表面特有的微孔结构和荷电效应使其能够依据孔径筛分和Donnan效应高效去除水中的多价离子、染料等有机分子，并可实现一价离子与二价/多价离子的有效分离，因此在海水淡化、生物纯化以及水处理等领域具有广阔的应用前景。但是，提升分离性能(高渗透、高选择性截留)和抗污染能力是纳滤膜在使用过程中面临亟待解决的两个主要问题。尤其是，含染料的废水体系对分离精度要求的日益提高对纳滤膜表面微结构的设计提出更高的要求。然而，基于压力驱动的纳滤膜，其渗透性能和选择性之间的“trade-off”效应难以同时实现膜的高渗透和高选择性截留；而且，与蛋白等有机物不同，染料分子在水中因解离而荷电，且其所含的活性基团很容易与纳滤膜表面发生强相互作用而在膜表面发生吸附，使得纳滤膜表面更易发生污染。因此，如何构筑可显著降低染料与膜表面相互作用的纳滤膜表面微结构、并将膜分离与其它技术进行有机耦合，进一步提高纳滤膜的分离性能和抵抗染料污染(染色)能力、是解决纳滤膜trade-off效应以及提升抗污染能力的关键问题。

由于纳滤膜依靠孔径筛分和Donnan效应实现对物质的分离，而Donnan效应主要受纳滤膜表面荷电性的影响。因此，表面电荷在纳滤膜分离中起着重要的作用。根据表面荷电性的不同，纳滤膜可分为荷负电纳滤膜、荷正电纳滤膜以及两性电荷纳滤膜。与膜表面荷电性相反的污染物由于静电作用很容易吸附在膜表面而造成严重污染，因此，荷正电或负电纳滤膜对荷电性相同的污染物质具有良好的抗污染性能，而对荷电性相反的污染物的抗污染性能较差。两性电荷纳滤膜中阴、阳离子基团含量相等，净电荷为零，可以显著降低膜表面与荷电有机物之间的静电作用而提高抗污染性能。然而，表面荷电性的降低意味着Donnan效应的减弱，降低纳滤脱除染料的效果。

发明内容

本发明提出了一种具有双电层表面的智能纳滤膜制备方法，其在导电膜表面引入不同荷电性的分子链，利用它们对电场刺激的响应性不同而形成一种双电层结构，通过调节电场方向、强度等参数实现膜的精确分离和高抗污染性能，从而可以解决背景技术中涉及的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有双电层表面的智能纳滤膜制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将一定质量比的多氨基聚合物和两性离子单体在40-60℃的温度范围内溶解在水/异丙醇的混合溶液中，采用氢氧化钠将上述溶液的PH调节至11～13，边搅拌边温升温至70～90℃后恒温反应36～50小时；

步骤二，将步骤一中反应完全的混合溶液封装进透析袋中，然后将透析袋在室温下浸泡在去离子水中36～50小时以除去残留的两性离子单体、氢氧化钠离子和异丙醇溶剂；

步骤三，将经过步骤二透析后的溶液放置在60～80℃的真空干燥箱中干燥8～24小时后获得多氨基聚合物与其接枝产物的混合物；

步骤四，将步骤三得到的混合物溶解在二甲基乙酰胺中以纯化所制备的多氨基聚合物接枝两性离子产物；

步骤五，将步骤四中的多氨基聚合物接枝两性离子产物和戊二醛按照一定的质量比溶解在去离子水中制备改性溶液；

步骤六，将电导率在1.0～5.0×10^-3S/cm范围内的导电超滤膜的上表面浸泡在步骤五制备的改性溶液中1～10小时以构建含有荷正电和荷负电分子链的纳滤分离层；