[发明专利]一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚酰胺纳滤膜的制备方法。所述方法包括以下步骤：S1.基膜与水相溶液混合，静置，除去水相溶液；S2.步骤S1去除水相溶液后的基膜与油相溶液混合，静置，干燥，获得所述聚酰胺纳滤膜；所述水相溶液为碱性木素、多元胺和去离子水的混合溶液；所述油相溶液为多元酰氯和有机溶剂的混合溶液；所述碱性木素的结构式如式(I)所示。所述制备方法通过在水相溶液中加入添加剂碱性木素，调控界面聚合过程中胺单体和酰氯单体的反应，使制备获得的聚酰胺纳滤膜具有较高的水通量，较高的Nasubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;截留率和SOsubgt;4/subgt;supgt;2‑/supgt;/Clsupgt;‑/supgt;选择性。

技术领域

本发明属于分离膜的技术领域，更具体地，涉及一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术拥有占地面积小、能耗低、操作简单等特点而被广泛应用。纳滤(NF)作为一种典型的压力驱动膜分离技术，能有效分离二价和多价离子以及分子量在200-1000Da之间的有机分子，在海水淡化、废水处理和离子筛分等领域得到大量关注。目前，商品化的纳滤膜以薄层复合(TFC)纳滤膜为主，其制备方式通常为：使用含胺单体的水相和含酰氯单体的油相在超滤或微滤基底表面，通过界面聚合(IP)生成聚酰胺选择层而得到。虽然过程简单，但在制备时一直存在膜通量和截留率无法同时提升的“trade-off”效应，限制了其进一步推广和使用。如何调控界面聚合过程，克服上述“trade-off”效应，是推广TFC纳滤膜应用的关键。

通过在界面聚合的水相或油相中加入添加剂(如纳米材料和多酚类等)，可以调控胺单体向油相扩散的速度或影响胺单体与酰氯单体之间反应的浓度，从而调控聚酰胺选择层(如增加交联度、降低厚度、增加其与水接触面积等)来优化TFC膜性能。然而，很多纳米材料在水中稳定性较差或有溢出毒性的风险(Liang,Y.；Zhu,Y.；Liu,C.；Lee,K.-R.；Hung,W.-S.；Wang,Z.；Li,Y.；Elimelech,M.；Jin,J.；Lin,S.,Polyamide nanofiltrationmembrane with highly uniform sub-nanometer pores for sub-precisionseparation.Nature communications 2020,11,(1),1-9.)；此外，多酚中的酚羟基会和胺单体竞争酰氯基团，使得形成的聚酰胺层交联度低，导致截留率下降(Li,Q.；Liao,Z.；Fang,X.；Xie,J.；Ni,L.；Wang,D.；Qi,J.；Sun,X.；Wang,L.；Li,J.,Tannic acid assistedinterfacial polymerization based loose thin-filmcomposite NF membrane fordye/salt separation.Desalination 2020,479,114343.)。

中国专利《一种基于木质素磺酸钠高通量高截留纳滤膜的制备方法》公开了一种基于木质素磺酸钠为水相反应单体制备纳滤膜的方法。为了提高木质素磺酸钠的利用率，采用了三乙胺作为催化剂，使木质素磺酸钠分子中的酚羟基与酰氯进行反应，制备疏松纳滤膜。制备的纳滤膜对日落黄的截留率可以达到99.02％的，同时膜的渗透通量达14.03Lm^-2h^-1bar^-1。然而在以无机盐(溶液Na₂SO₄或NaCl溶液)为核心成分的原料液过滤过程中，其渗透通量仍然难以满足实际需求，存在耗时长、能耗高的问题；此外，对比文件中是以日落黄此种染料作为截留对象，而染料在水溶液中通常以团聚体的形式存在，尺寸较大。与染料相比，无机盐尺寸较小，更难被截留，其截留率更低。