一种氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提出使用一种绿色环保试剂——氨基酸离子液体用于纳滤膜改性的理念。该氨基酸离子液体改性膜在未损失盐截留率的前提下，使膜的水通量提升了64%。纳滤膜离子选择层经氨基酸离子液体改性后，膜面接枝大量亲水且带负电的基团，膜面亲水性增强的同时膜面带电量增加，膜对带电离子的选择透过性增强，能够从实质上提升膜的离子分离效率。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜及其制备方法
本专利技术涉及一种氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜及其制备方法，属于膜分离材料

技术介绍
随着工业技术飞速发展，环境污染问题越来越受到人们的关注。粗放型经济模式带来了严重的环境问题。尤其是工业废水的排放，影响了人们的日常生活。膜技术作为一种低能耗，环境友好的技术在环境治理方面扮演着越来越重要的角色。纳滤膜在物质分离，物质资源化和水处理方面的应用备受青睐。纳滤膜是一种介于超滤与反渗透之间的一种低压膜过程。纳滤膜的平均孔径在0.2～5nm之间，主要应用在大分子物质与一价盐离子的分离和一、二价离子分离过程。纳滤膜面临的问题主要是通量、离子截留性能和离子选择性等主要问题。传统商业膜的通量不高，同时膜的处理效率也相对较低。因此，通过膜面改性旨在制备高通量，高处理效率和强的离子选择性的纳滤膜。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高通量，高离子选择性的纳滤膜（NF），同时提出一种绿色试剂用于膜面改性的理念。利用氨基酸离子液体（AALs）对自制纳滤膜进行改性后，通过在膜面接枝带有亲水性基团的氨基酸离子液体来制备高通量，高截留率，高选择性的纳滤膜。本专利技术的第一个方面，提供了：一种离子液体改性亲水纳滤膜，纳滤膜是由基膜及选择分离层复合而成，所述的选择分离层具有如下所示的重复单元结构：。在一个实施方式中，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等。本专利技术的第二个方面，提供了：上述氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：第1步，制备基膜；第2步，在基膜上通过界面聚合法制备带有部分裸露的酰氯基团的选择分离层；第3步，使氨基酸离子液体与选择分离层表面裸露的酰氯基团进行接枝反应。在一个实施方式中，所述的氨基酸离子液体的结构如下所示：。在一个实施方式中，所述的第2步中，所述的选择分离层是由哌嗪水溶液与均苯三酰氯的正己烷溶液进行取代缩合反应得到。在一个实施方式中，所述的哌嗪水溶液的浓度是0.1～5%，所述的均苯三酰氯正己烷溶液的浓度是0.1～5%。在一个实施方式中，所述的第3步中，接枝反应是由含有0.5～5%的氨基酸离子液体与选择分离层反应，反应时间是10min～6h。本专利技术的第三个方面，提供了：氨基酸离子液体在用于制备纳滤膜中的用途。在一个实施方式中，所述的用途是指提高纳滤膜的水通量、提高纳滤膜的水滴接触角、提高表面粗糙度、降低Zeta电位、提高纳滤膜对二价盐和一价盐的分离因子、提高纳滤膜对二价盐和有机物的分离因子、提高纳滤膜水通量或者抑制纳滤膜烘干过程造成的膜通量衰减。本专利技术的第四个方面，提供了：上述的氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜在液体过滤中的用途。有益效果本专利技术利用氨基酸离子液体（AALs）对自制纳滤膜进行改性后，通过在膜面接枝带有亲水性基团的氨基酸离子液体来制备高通量，高截留率，高选择性的纳滤膜。附图说明图1是PIP-TMC纳滤膜与氨基酸离子液体改性膜在不同放大倍数下的SEM图。图2是PIP-TMC纳滤膜与氨基酸离子液体改性膜的AFM表征图。图3是PIP-TMC纳滤膜与氨基酸离子液体改性膜的红外图谱。图4是AALs粉末、PIP-TMC界面聚合膜以及AALs改性膜的热重曲线。图5是Zeta电位曲线。图6是水滴接触角测试结果图。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。本文使用的词语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他变体意欲涵盖非排它性的包括。例如，包括列出要素的工艺、方法、物品或设备不必受限于那些要素，而是可以包括其他没有明确列出或属于这种工艺、方法、物品或设备固有的要素。本专利技术中所述的百分比在无特别说明的情况下是指质量百分比。氨基酸离子液体是一种新型绿色试剂。其原料的第一部分来自于自然界的氨基酸。氨基酸离子液体在一个分子上同时具有氨基和羧基残基。氨基酸离子液体的性质取决于氨基酸侧链官能团。氨基酸离子液体由被不同官能团(如亲水性基团或带电基团)功能化的氨基酸残基和其他离子构成。本专利技术提供的纳滤膜，是由基膜及选择分离层复合而成，所述的选择分离层具有如下所示的重复单元结构：。对于上述的纳滤膜，其采用的基膜可以是如聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等，上述的选择分离层采用的是含有酰氯基团选择分离层。在一个典型的制备方法中，可以是将多孔PES作为基膜，采用界面聚合法在多孔PES基膜上制备一层选择层，例如可以是采用哌嗪与均苯三酰氯在基膜的表面进行界面聚合，得到选择分离层，例如，可以是由哌嗪水溶液与均苯三酰氯正己烷溶液进行取代缩合反应得到，哌嗪水溶液的浓度是0.1～5%，均苯三酰氯正己烷溶液的浓度是0.1～5%。基膜在界面聚合之后，在界面聚合层上，氨基酸离子液体(AALs)与酰氯基团的反应，使纳滤膜的表面接枝AALs，其中，所采用的AALs可以是1,1,1-三甲基肼甘氨酸盐，如下式所示的结构：。以上的反应过程如下：。接枝反应是由含有0.5～5%的氨基酸离子液体与选择分离层反应，反应时间是10min～6h。上述经过了氨基酸离子液体（AALs）修饰过的纳滤膜，具有更好的亲水性，其水滴接触角更小，并具有更高的水通量；通过修饰之后，纳滤膜在应用于颜料的分离过程中，能够提高在一价、二价混合盐的分离过程中的选择性，可以实现大分子的颜料分子与一价离子盐的分离；另外，修饰后的纳滤膜在制备干膜时，通过AALs修饰后，能够有效地抑制膜通量的衰减，升温处理之后，膜仍然具有较好的通量和截留性能。上述制备的离子液体改性亲水纳滤膜，可以应用于离子分离中，包括：对多价混合盐离子溶液的截留过程、对一价盐离子与有机物分子的分离过程或者对颜料废水盐分离过程等。实施例1将多孔聚醚砜(PES)膜作为基膜，采用界面聚合法在多孔PES基膜上制备一层选择层。该选择层由0.5%哌嗪（PIP）水溶液与0.1%均苯三酰氯（TMC）的正己烷溶液发生取代缩合反应，形成一层超薄网状聚合物薄膜。在界面聚合反应中，首先将PIP水溶液在PES基膜上停留2min，使多孔PES基膜膜孔中充满PIP水溶液，然后将多余的PIP水溶液倒出，并将PES基膜表面多余的溶液去掉，再将TMC的正己烷溶液倒在上述基膜上，停留1min，膜孔中的PIP会与膜面的TMC发生反应，形成一层超薄选择层。将多余的TMC的正己烷溶液倒掉，并使膜面正己烷挥发完毕，形成纳滤膜（以下称为PIP-TMC纳滤膜）。配制AALs的水溶液，浓度为1%，AALs是1,1,1-三甲基肼甘氨酸盐，如下式所示的结构：；将氨基酸离子液体(AALs)水溶液置于上述纳滤膜上，使氨基酸离子液体上的氨基与纳滤膜表面裸露的酰氯基团发生取代反应进而使膜面接枝具有亲水基团的氨基酸离子液体，控制反应时间为6h，待氨基酸离子液体在膜面的接枝反应完成后，去除膜面多余液体，且用纯水多次冲洗，去除膜面未参加反应的氨基酸离子液体，用吸水纸将膜面残留水分去除。将去除膜面水分的膜置于烘箱中50℃烘干30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜，纳滤膜是由基膜及选择分离层复合而成，其特征在于，所述的选择分离层具有如下所示的重复单元结构：

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜，纳滤膜是由基膜及选择分离层复合而成，其特征在于，所述的选择分离层具有如下所示的重复单元结构：。2.根据权利要求1所述的氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜，其特征在于，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等。3.权利要求1所述的氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，制备基膜；第2步，在基膜上通过界面聚合法制备带酰氯基团的选择分离层；第3步，使氨基酸离子液体与选择分离层表面裸露的酰氯基团进行接枝反应。4.根据权利要求3所述的氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述的氨基酸离子液体的结构式如下所示：。5.根据权利要求3所述的氨基酸离子液体改性亲水纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述的第2步中，所述的选择分离层是由哌嗪水溶液与均苯三酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世鹏，肖慧芳，褚昌辉，陈伯志，王琛，曹雪丽，邢卫红，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京膜材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32