一种聚电解质纳滤膜制备方法技术

本发明专利技术属于水处理膜技术领域，公开了一种聚电解质纳滤膜制备方法，在超滤膜表面按以下顺序依次刷涂：荷正电聚电解质水溶液/交联剂水溶液/荷负电聚电解质水溶液/荷正电聚电解质水溶液；每一层刷涂到基底表面后，均在表面保持5‑20分钟；并且除交联剂水溶液的刷涂以外，均再用水冲洗；最后将获得的聚电解质纳滤膜在室温下放置6‑12小时，再浸泡在水中保存；荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；荷负电聚电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。本发明专利技术通过刷涂辅助的动态层层自组装，能够显著提高制备效率，节省制备时间和原料，降低制备成本，实现聚电解质纳滤膜的规模化制备。

【技术实现步骤摘要】
一种聚电解质纳滤膜制备方法
本专利技术属于水处理膜
，具体来说，是涉及聚电解质纳滤膜的制备方法。技术背景聚电解质纳滤膜具有表面特性和结构易于调控的优势，通过有效调控制备条件可对不同尺寸的分子和离子实现选择性分离(多价离子、染料分子等)；可广泛应用于自来水净化、硬水软化、食品加工、污水处理以及医药等领域，具有广阔的应用前景。该类纳滤膜通常以带不同电荷的聚电解质通过在多孔基底表面进行层层自组装而获得。聚电解质纳滤膜的分离性能和表面特性可通过控制所组装聚电解质的种类、组装层数以及组装方式等条件来实现，因此膜性能易于调控。并且聚电解质纳滤膜与传统的聚酰胺纳滤膜相比，具有表面特性和分离选择性可调范围大、原料选材宽广的优势，克服了聚酰胺纳滤膜主要用于二价离子脱除(Mg2+、Ca2+、SO42-等)，分离选择性调控困难以及材质单一等缺点。当前聚电解质纳滤膜在应用方面虽然具有上述很多优势，但是传统的层层自组装法是通过静态的层间静电吸附实现的，并且利用该方法聚电解质通常需要组装三个聚电解质双层以上才能达到预定的分离效果。较低的组装层数会导致分离层结构过于疏松，而无法达到预期的截留能力。并且，静态的层层自组装过程非常缓慢，组装过程中需要将多孔底膜完全浸没到原料液中，所以原料用量非常大；通常制备一张聚电解质纳滤膜需要几小时甚直几天的时间(AIChEJournal59(2013)250–257；ChemistryofMaterials2008,20,3876–3883)，所以采用传统的聚电解质纳滤膜制备方法无法满足规模化制备的需求。当前探索适用于聚电解质膜规模化的制备方法，缩短制备时间，降低制备成本、减少原料浪费是促进其实际应用发展的关键，也是当前聚电解质膜研究的热点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是如何实现聚电解质纳滤膜规模化制备的技术问题，重点针对传统的静态层层自组装在聚电解质纳滤膜制备中存在的问题，提供一种聚电解质纳滤膜制备方法，通过刷涂辅助的动态层层自组装，显著提高制备效率，节省制备时间和原料，降低制备成本，因此可实现聚电解质纳滤膜的规模化制备。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种聚电解质纳滤膜制备方法，按照以下步骤进行：(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂荷负电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(5)将步骤(4)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡至水中保存；所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；所述荷负电聚电解质水溶液中的荷负电聚电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。进一步地，所述超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜。进一步地，所述荷正电聚电解质水溶液的质量浓度为1-5g/L。进一步地，所述交联剂水溶液中的交联剂为丁二醛、戊二醛和已二醛中的至少一种。进一步地，所述交联剂水溶液的摩尔浓度为0.05-0.3mol/L。进一步地，所述荷负电聚电解质水溶液的质量浓度为1-5g/L。进一步地，步骤(5)中的温度为20-35℃。进一步地，步骤(1)至步骤(4)中的冲洗时间均为30-90秒。本专利技术的有益效果是：传统的静态层层自组装制膜方法，费时费料、制备成本高，并且所需的聚电解质组装层数多(通常需要三个聚电解质双层以上)，因此无法实现聚电解质纳滤膜的规模化制备。针对这一问题，本专利技术提出刷涂辅助的动态层层自组装制膜方法，该方法显著缩短了聚电解质膜的制备时间、原料用量和制备成本，制备过程不需要特殊设备，在规模化制备方面具有广阔的应用前景。另外，与传统的静态层层自组装相比，这种动态的刷涂自组装法能够加快聚电解质在基底表面的扩散和静电吸附组装，使层层自组装能够在短时间内完成，从而可缩短制备过程所需时间。并且这种刷涂辅助的层层自组装方法无需将多孔基底完全浸没在原料液中，只需将聚电解质依次刷涂到基底表面即可，这样大大节省了原料用量。综上，本专利技术制备过程简单，可操作性强，工艺条件易于控制，具有规模化应用前景。附图说明图1为刷涂辅助的动态层层自组装过程示意图。具体实施方式作为一种可选的实施方式，本专利技术提供了一种聚电解质纳滤膜制备方法，分别配制1-5g/L质量浓度的聚电解质水溶液和0.05-0.3mol/L摩尔浓度的交联剂水溶液；然后在超滤膜表面用软毛刷按以下顺序依次刷涂，如图1所示：荷正电聚电解质水溶液/交联剂水溶液/荷负电聚电解质水溶液/荷正电聚电解质水溶液；每一层刷涂到基底表面后，均在表面保持5-20分钟；并且除交联剂水溶液的刷涂以外，均再用去离子水冲洗30-90秒；最后将获得的聚电解质纳滤膜在室温下(20-35℃)放置6-12小时，再浸泡在去离子水中保存；其中，超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜；其中，荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；荷负电聚电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种；其中，交联剂为丁二醛、戊二醛和已二醛中的至少一种。该方法可通过将不同荷电性的聚电解质(如荷正电的聚烯丙胺盐酸盐、荷负电的聚苯乙烯磺酸钠等)借助于层间的静电吸附作用，依次通过刷涂的方法，将其层层组装于多孔支撑层表面；在组装过程中，再通过冲洗将每层未吸附到膜表面的聚电解质除去，从而快速获得具有高截留性能、低组装层数的聚电解质纳滤膜。本专利技术具有制备过程简单，可操作性强，工艺条件易于控制，并且易于规模化的特点。下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1(1)配制聚电解质水溶液：按照1g/L的质量浓度将聚乙烯亚胺溶解于去离子水中，溶解均匀后作为聚乙烯亚胺水溶液备用；按照1g/L的质量浓度将聚苯乙烯磺酸钠溶解于去离子水中，溶解均匀后作为聚苯乙烯磺酸钠水溶液备用；(2)配制交联剂水溶液：按照0.1mol/L的摩尔浓度将戊二醛溶解于去离子水中，溶解均匀后作为戊二醛水溶液备用；(3)刷涂聚电解质和交联剂：在聚砜超滤膜表面用软毛刷按以下顺序依次刷涂：聚乙烯亚胺水溶液/戊二醛水溶液/聚苯乙烯磺酸钠水溶液/聚乙烯亚胺水溶液；每一层刷涂到基底表面后，均在表面保持5-20分钟；并且除戊二醛水溶液的刷涂以外，每次刷涂后均再用去离子水冲洗30秒；(4)最后将获得的聚电解质纳滤膜在室温下(20-35℃)放置6小时，再浸泡在去离子水中保存。实施例2按照实施例1的方法制备聚电解质纳滤膜，其区别仅在于荷正电聚电解质采用聚烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚电解质纳滤膜制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：/n(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；/n(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂荷负电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(5)将步骤(4)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡至水中保存；/n所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；/n所述荷负电聚电解质水溶液中的荷负电聚电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚电解质纳滤膜制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；
(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂荷负电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(5)将步骤(4)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡至水中保存；
所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；
所述荷负电聚电解质水溶液中的荷负电聚电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的一种聚电解质纳滤膜制备方法，其特征在于，所述超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，许士才，李春辉，闫婷婷，张娜，王吉华，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37