一种高性能亲水性复合纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新的高性能亲水性复合纳滤膜及其制备方法，属于复合纳滤膜制备技术领域。复合纳滤膜是采用层层自组装的方法首先在超滤膜表面带一种荷负电单体，然后再加入一种荷正电单体，重复操作多次而制成的。所制备出一种对双高价离子分离性能优异的纳滤膜，对含高价阳离子或高价阴离子的盐溶液(如MgSO4、MgCl2、Na2SO4等)有很高的截留率和渗透通量。本发明专利技术具有实施容易、反应可控、膜的分离性能可在较大范围内调节等特点。

A high performance hydrophilic composite nanofiltration membrane and its preparation method

The invention discloses a new high-performance hydrophilic composite nanofiltration membrane and a preparation method thereof, belonging to the technical field of composite nanofiltration membrane preparation. Composite nanofiltration membranes are made by layer-by-layer self-assembly. First, a charged negative monomer is attached to the surface of the membrane, then a charged positive monomer is added to the membrane, which is operated repeatedly. A nanofiltration membrane with excellent separation performance for bivalent ions was prepared. It has high rejection rate and permeation flux for salt solutions containing high valent cations or anions (such as MgSO4, MgCl2, Na2SO4, etc.). The invention has the advantages of easy implementation, controllable reaction, and adjustable membrane separation performance in a wide range.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能亲水性复合纳滤膜及其制备方法
：本专利技术解决的技术问题是制备一种双高价电解质如硫酸镁分离性能优异的纳滤膜，属于复合纳滤膜制备

技术介绍
：纳滤膜是在水处理领域内比较先进的一种半透膜，其孔径介于反渗透膜和超滤膜之间，因具有特殊的荷电性能和纳米级孔径，在不同价态的离子和小分子有机物分离方面展示了其独特的优势。目前，商品化的纳滤膜绝大部分是荷负电的纳滤膜，如NittoDenkoNTR系列，反渗透DK系列等。这些膜对含有与中心离子相同电荷的高价离子盐溶液都有很好的截留作用，但是当溶液中存在与中心离子相反电荷的高价反离子时，由于高价反离子对中心离子的屏蔽作用导致膜对相应盐溶液的截留性能下降。采用层层自组装的方法具有简便性和易控性，且膜厚度比界面聚合膜小得多，通量较高，是一种很有前景的制膜及膜改性技术。为了解决这一问题，本专利技术以壳聚糖作为阳离子聚电解质，由于壳聚糖中含有活泼的羟基和氨基，且壳聚糖的氨基发生质子化形成NH3+，带有正电荷为阳离子，壳聚糖可以广泛应用于废水的处理问题。同时出于结合学校林业特色的考虑，我们发现木质素是一种来源丰富、价格低廉且无毒性的可再生资源，木质素磺酸盐是工业木质素的一种，分子结构中含有甲氧基、羟基、酚羟基、羧基、磺酸基等各种官能团，而且具有环境友好性、亲水性、良好的相容性、成膜性及柔韧性等优点，是静电层层自组装膜的理想材料。因此，本专利技术采用壳聚糖为阳离子聚电解质，以木质素磺酸盐为阴离子聚电解质，制备了一种对高价正负离子组成的盐(MgSO4)分离性能优异的亲水性复合纳滤膜，可以解决双高价电解质如硫酸镁的分离问题。
技术实现思路
：本专利技术解决的技术问题在于制备出一种对双高价离子分离性能优异的亲水性复合纳滤膜。本专利技术提出的复合纳滤膜及其制备方法，是直接以市售(或自制)的超滤膜为基膜，采用层层自主装的方法制备的，包含以下步骤：1)将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于预先配制好的经质子化的壳聚糖的溶液中，20min后取出。2)用去离子水冲洗3min后，浸渍于一定浓度的含有磺酸基的阴离子聚电解质水溶液中，20min后取出。3)在膜表面重新加入一定量的质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗3min。4)重复操作多次，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合纳滤膜。步骤2)中所述的含有磺酸基的阴离子聚电解质为木质素磺酸盐、改性后的木质素醇醚等。根据本专利技术，在使用时，需分别配制一定浓度的质子化壳聚糖、木质素磺酸盐及改性后的木质素醇醚等聚电解质溶液，并将配制好的聚电解质水溶液静置12～24h脱泡。本专利技术中所采用的层层自主装的方法，利用静态层层交替沉积法，制膜方法简单，反应容易控制，因此特别适于本专利技术。根据本专利技术，大多数用于制备超滤膜的聚合物都可用本专利技术所采用的方法，如聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚醚酮(PEK)、聚丙烯腈(PAN)等。本专利技术所制备的纳滤膜的性能主要是通过改变纳滤膜最外层电荷及沉积层数来进行控制，可使纳滤膜的性质在很大范围内变化，获得对含高价阳离子或高价阴离子的盐溶液有很高截留率的复合纳滤膜。本专利技术所制备的纳滤膜的分离性能是在直径为5cm的不锈钢渗透池中测定的。测试温度为室温，工作压力为0.4MPa。膜的渗透性用在该条件下膜的纯水通量或在有盐存在下的水通量来表示(单位：L/m2·h)；膜的选择性用膜对质量浓度为0.1％的MgSO4、MgCl2、Na2SO4溶液的截留率来表征。具体实施方式：下面给出本专利技术的实施例，但本专利技术不受实施例的限制。实施例一：本实施例所用的超滤膜是用聚醚砜(PES)经磺化后制备而成，膜的截留分子量为10,000。层层交替沉积是在一个直径为5cm的四氟乙烯圆形反应器中进行的。将超滤膜的膜面朝上安装在反应器中，然后使膜浸渍于聚电解质溶液中。本实施例的制备步骤如下：首先将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于40ml质量浓度为0.4％的质子化壳聚糖(CS)溶液中，20min后取出，用去离子水冲洗3min后；其次浸渍于40ml质量浓度为0.25％木质素磺酸钠(SLS)溶液中，20min后取出；然后在膜表面重新加入一定量的质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗3min；重复操作达4、5个双层，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合纳滤膜。层层组装结束后，用去离子水将改性膜反复超声清洗多次，以除去膜表面残留的电解质。制得的高性能亲水性复合纳滤膜在0.4MPa下对浓度为0.1％的MgSO4、MgCl2、Na2SO4溶液的水通量分别为22.45L/m2·h、24.36L/m2·h、36.44L/m2·h，对上述两种盐的截留率分别为64.33％、14.71％、90.03％。实施例二：按实施例一的条件，采用截留分子量为10,000的聚醚酮(PEK)超滤膜。其制备步骤如下：首先将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于40ml质量浓度为0.4％的质子化壳聚糖(CS)溶液中，20min后取出，用去离子水冲洗3min后；其次浸渍于40ml质量浓度为0.25％木质素磺酸钠溶液中，20min后取出；然后在膜表面重新加入一定量的质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗3min；重复操作达4、5个双层，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合纳滤膜。制得的高性能亲水性复合纳滤膜在0.4MPa下对浓度为0.1％的MgSO4、MgCl2、Na2SO4溶液的水通量分别为24.45L/m2·h、25.60L/m2·h、33.44L/m2·h，对上述两种盐的截留率分别为66.47％、20.58％、94.25％。实施例三：按实施例一的条件，采用截留分子量为10,000的磺化聚醚砜(SPES)超滤膜。其制备步骤如下：首先将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于40ml质量浓度为0.4％的质子化壳聚糖(CS)溶液中，20min后取出，用去离子水冲洗3min后；其次浸渍于40ml质量浓度为0.25％木质素磺酸钠溶液中，20min后取出，然后在膜表面重新加入一定量的质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗3min；重复操作达4、5个双层；最后在沉积一层质子化壳聚糖阳离子聚电解质，使基膜最外层带正电荷，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合纳滤膜。制得的高性能亲水性复合纳滤膜在0.4MPa下对浓度为0.1％的MgSO4、MgCl2、Na2SO4溶液的水通量分别为2.98L/m2·h、2.76L/m2·h、3.26L/m2·h，对上述两种盐的截留率分别为88.36％、96.71％、46.03％。实施例四：按实施例一的条件，采用截留分子量为10,000的磺化聚醚砜(SPES)超滤膜。其制备步骤如下：首先将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于40ml质量浓度为0.4％的质子化壳聚糖(CS)溶液中，20min后取出，用去离子水冲洗3min后；其次浸渍于40ml质量浓度为0.25％经改性后的木质素醇醚羧酸盐溶液中，20min后取出；然后在膜表面重新加入一定量的质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗3min；重复操作达4、5个双层，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能亲水性复合纳滤膜及其制备方法，其特征在于包含以下步骤：1)将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于预先配制好的经质子化的壳聚糖溶液中，20min后取出。2)用去离子水冲洗后，浸渍于一定浓度的含有磺酸基的阴离子聚电解质水溶液中，20min后取出。3)在膜表面重新加入一定量质子化壳聚糖，使阳离子聚电解质静电组装，20min后取出，用去离子水冲洗。4)重复操作多次，然后置于恒温干燥箱，30℃烘干，即得到复合纳滤膜。

【技术特征摘要】
1.一种高性能亲水性复合纳滤膜及其制备方法，其特征在于包含以下步骤：1)将处理过的磺化聚醚砜基膜浸渍于预先配制好的经质子化的壳聚糖溶液中，20min后取出。2)用去离子水冲洗后，浸渍于一定浓度的含有磺酸基的阴离子聚电解质水溶液中，20min后取出。3)在膜表面重新加入一定量质子化壳聚糖，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞，刘君洁，李鑫，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32