一种导电聚合物分离膜、制备方法以及在染料分离中的用途技术

本发明专利技术涉及一种导电聚合物分离膜、制备方法以及在染料分离中的用途，属于膜分离技术领域。本发明专利技术利用高度可扩展的相转化方法，通过将磺基水杨酸脱水的聚苯胺掺杂到聚酰亚胺(PI)中来制备大面积的导电聚合物膜。由磺酸基团结合的聚苯胺主链使导电聚合物保持热稳定性，并在中性pH时保持掺杂。同时，PI提供了优良的耐高温性能，易于加工，和强大的机械强度性能。因此，这种高度相容的聚苯胺/聚酰亚胺膜具有优良的透水性和染料保留性。同时，它还具有良好的电氧化能力(通过间接诱导自由基(•OH)和非自由基(OCl‑)的形成)降解有机污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种导电聚合物分离膜、制备方法以及在染料分离中的用途
本专利技术涉及一种导电聚合物分离膜、制备方法以及在染料分离中的用途，属于膜分离

技术介绍
压力驱动膜过滤技术具有在短时间内不添加任何化学添加剂和副产物而提供高质量水的特点，被认为是一种高效的水处理技术。但是如需要实现有机污染物的准确分离，通常要求膜的孔径小于有机分子的孔径，这可能使降低水的渗透性。此外，有机污染物不仅吸附在膜表面，而且在运输过程中通过静电引力、疏水力等强相互作用容易堵塞膜孔。虽然简单的物理清洗可以去除膜表面的一小部分吸附分子，但膜孔中顽固的污染物只能通过化学清洗去除，这可能对膜材料造成不可逆的损害，膜污染可能导致膜的渗透通量和截留效率的衰减。常见的“trade-off”效应和孔道堵塞引起的污染问题，利用具有持久高渗透性和高截留率的膜对水进行有效处理仍然是一个挑战。催化氧化技术作为一种绿色、高效的污水处理技术，由于其能够将水中的高分子有机污染物矿化为简单的无机物质，如水和二氧化碳，因此也引起了人们的极大兴趣。因此，过滤和氧化的协同作用以达到防污和自清洁的性能，是一个具有成本效益的污水处理的前景广阔的课题。例如，活性催化剂(如碳基或金属材料)被包裹在常规膜中，以提高污染物的去除率和水的渗透性，或在多孔基质上增加催化功能层以提高催化活性。更重要的是，这些无机催化剂也被证明对自洁膜是有效的。然而，附加的活性层不可避免地增加了制造成本。此外，这些小分子催化剂的浸出可能不会被完全抑制，因为电子转移在活化过程中会促进它们的溶解。因此，需要设计一种具有稳定催化效果和便捷的制备分离膜生产方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个专利技术点是，本专利技术利用高度可扩展的相转化方法，成功地通过将磺基水杨酸脱水的聚苯胺掺杂到聚酰亚胺(PI)中来制备得到了一种导电聚合物膜，这种导电聚合物膜由磺酸基团结合的聚苯胺主链使导电聚合物保持热稳定性。同时，PI提供了优良的耐高温性能，易于加工，和强大的机械强度性能。本专利技术的第二个专利技术点是，采用上述的导电聚合物膜可以有效地对染料进行分离，上述的导电膜表现出对主要染料较高的截留性能，同时也具有对无机盐的透过特性，可以应用于染料脱盐的过程，高度相容的聚苯胺/聚酰亚胺膜具有优良的透水性和染料保留性。本专利技术的第三个专利技术点是：在对染料进行过滤过程中，利用含有镁离子的无机盐能够与刚果红染料形成配位结构，增加了其空间位阻，使得在过滤过程中不易发生膜孔内的堵塞，明显地提高了染料分离过程中的水通量。本专利技术的第四个专利技术点是：上述的导电聚合物膜可以通过电化学降解的方式对表面形成的有机物污染层进行去除，具有很好的清洗效果。本专利技术的第五个专利技术点是：在进行电化学清洗的过程中，同时在电解体系中引入含氯的无机盐，在电解过程进行时，通过原位反应生成的活性氯，通过间接诱导自由基(•OH)和非自由基(OCl-)的形成)降解有机污染物，可以更好地使膜表面的染料分子降解，提高了清洗后的通量恢复率。。本专利技术的第一个方面，提供了：一种分离膜，是由聚酰亚胺和聚苯胺混合而成，其孔径范围是10-30nm，聚酰亚胺和聚苯胺的重量比是1-2：1；更优选为3：2。本专利技术的第二个方面，提供了：上述的分离膜的制备方法，包括如下步骤：第1步，用有机溶剂溶解聚酰亚胺；第2步，加入聚苯胺，搅拌使溶解，脱泡，作为铸膜液；第3步，将铸膜液涂于基膜的表面，再在凝固浴中通过相转化法制备得到分离膜。在一个实施方式中，聚酰亚胺和聚苯胺需要先升温干燥除水分。在一个实施方式中，所述的有机溶剂是NMP。在一个实施方式中，聚酰亚胺和聚苯胺的总重量在铸膜液中占15-25%。本专利技术的第三个方面，提供了：上述的分离膜在含有染料的水溶液的过滤中的应用。在一个实施方式中，所述的染料选自阿利新蓝（AB）、虎红钠盐（RBss）、考马斯亮蓝（R250）、刚果红（CR）、活性蓝19（RBBR）或者亚甲基蓝（MB）中的一种或者几种。在一个实施方式中，所述的染料是指分子结构中含有磺酸基的染料。在一个实施方式中，所述的染料在水溶液中的质量浓度10-1000ppm。在一个实施方式中，所述的水溶液中还含有无机盐。在一个实施方式中，所述的无机盐选自NaCl、MgCl2、Na2SO4或者MgSO4。在一个实施方式中，所述的无机盐的浓度为200-5000ppm。在一个实施方式中，所述的分离膜用于分离染料与无机盐。在一个实施方式中，所述的应用中还包括在过滤完成后对分离膜进行清洗的步骤。在一个实施方式中，所述的清洗选自以下方法中的任意一种：1）采用去离子水对分离膜进行反冲洗；2）使用无机盐溶液进行浸泡；3）将分离膜作为阳极，将工具电极作为阴极，置于水溶液中，在阳极和阴极上施加电压进行电解。在一个实施方式中，所述的电压范围是1-50V，电解时间1-100min。在一个实施方式中，所述的水溶液中含有无机盐，且无机盐以Cl-为阴离子。本专利技术的第四个方面，提供了：聚酰胺在用于制备避免聚酰亚胺分离膜的膜层开裂或者提高聚酰亚胺分离膜的亲水性的添加剂中的应用。本专利技术的第五个方面，提供了：含Mg2+的无机盐和/或含SO42-的无机盐在用于制备提高上述的分离膜对刚果红染料过滤中通量的添加剂中的应用。本专利技术的第六个方面，提供了：以Na+为阳离子的无机盐在用于制备提高上述的分离膜对刚果红染料的透过率的添加剂中的应用。本专利技术的第七个方面，提供了：一种导电聚合物分离膜的清洗方法，包括如下步骤：步骤1，在电解槽中加水，并加入含有以Cl-为阴离子的无机盐；步骤2，以进行过有机物过滤操作后的导电聚合物分离膜作为工作电极，以导电材料作为对电极，在工作电极和对电极之间施加电压，进行电解反应。有益效果本专利技术首次报道了电催化强化过滤用导电聚苯胺/聚酰亚胺膜的制备，所制备的膜具有以下显著优点:(1)具有优异的透水性，同时不牺牲选择性，这得益于增强的亲水性、扩大的孔径和高吸附活性中心的协同作用;(2)电导率提高了近两个数量级，导致渗透恢复率和电氧化污染物去除显著提高;(3)两种聚合物的最佳相容性使其具有稳定的机械强度，没有微裂纹，实现了大规模制备，而性能没有恶化。本专利技术证明了电催化聚合物与稳定过滤聚合物通过直接相转化策略的协同作用可以为制备高性能膜材料提供一种新的思路。附图说明图1是电氧化聚苯胺/聚酰亚胺膜的示意图。图2是制备得到的纯聚苯胺膜的表面SEM照片，其中，NMP溶剂中的聚苯胺的加入量分别为(a)12wt%,(b)14wt%,(c)16wt%,和(d)18wt%。图3是聚苯胺/聚酰亚胺薄膜的性能表征。(a)由8wt%PANI/12wt%PI制备的PANI/PI膜的表面、横截面SEM图像和照片。(b)聚苯胺和聚酰亚胺的质量比对纯水渗透性和氯丁橡胶截本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离膜，其特征在于，是由聚酰亚胺和聚苯胺混合而成，其孔径范围是10-30nm，聚酰亚胺和聚苯胺的重量比是1-2：1；更优选为3：2。/n

【技术特征摘要】
1.一种分离膜，其特征在于，是由聚酰亚胺和聚苯胺混合而成，其孔径范围是10-30nm，聚酰亚胺和聚苯胺的重量比是1-2：1；更优选为3：2。


2.权利要求1所述的分离膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，用有机溶剂溶解聚酰亚胺；
第2步，加入聚苯胺，搅拌使溶解，脱泡，作为铸膜液；
第3步，将铸膜液涂于基膜的表面，再在凝固浴中通过相转化法制备得到分离膜。


3.根据权利要求2所述的分离膜的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，聚酰亚胺和聚苯胺需要先升温干燥除水分；
在一个实施方式中，所述的有机溶剂是NMP；
在一个实施方式中，聚酰亚胺和聚苯胺的总重量在铸膜液中占15-25%。


4.权利要求1所述的分离膜在含有染料的水溶液的过滤中的应用。


5.根据权利要求4所述的分离膜在含有染料的水溶液的过滤中的应用，其特征在于，在一个实施方式中，所述的染料选自阿利新蓝（AB）、虎红钠盐（RBss）、考马斯亮蓝（R250）、刚果红（CR）、活性蓝19（RBBR）或者亚甲基蓝（MB）中的一种或者几种；
在一个实施方式中，所述的染料是指分子结构中含有磺酸基的染料；
在一个实施方式中，所述的染料在水溶液中的质量浓度10-1000ppm；
在一个实施方式中，所述的水溶液中还含有无机盐；
在一个实施方式中，所述的无机盐选自NaCl、MgCl2、Na2SO4或者Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世鹏，刘美玲，唐铭健，包可懿，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32