一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法技术

一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，本发明专利技术属于膜材料改性领域。本发明专利技术为解决现有纳滤膜截留性能不够高、膜表面对污染物排斥作用不大以及实际使用寿命不长的技术问题。改性方法包括如下步骤：(1)将多巴胺、2

【技术实现步骤摘要】
一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法


[0001]本专利技术属于膜材料改性领域，具体涉及一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法

技术介绍

[0002]纳滤膜性能介于超滤和反渗透膜性能之间，纳滤在较低压力的驱动下即可获得稳定的通量、有效的去除率，从而在饮用水净化、污废水回用、海水淡化以及苦咸水脱盐等领域受到广泛应用。膜污染作为膜分离技术中的瓶颈，在长期运行过程中，膜的渗透性能恶化，能耗增加，膜件的使用寿命缩短，这些难以避免的情况限制了纳滤膜在水处理行业中的实际应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决现有纳滤膜截留性能不够高、膜表面对污染物排斥作用不大以及实际使用寿命不长的技术问题，而提供一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法。
[0004]本专利技术的一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法按以下步骤进行：
[0005]步骤一、配制多巴胺混合溶液，然后将其与缓冲溶液混合，得到多巴胺涂覆溶液；
[0006]步骤二、将待改性的聚酰胺纳滤膜固定在反应器上，用多巴胺涂覆溶液对聚酰胺纳滤膜的活性层一侧进行浸润，浸润过程中伴随震荡，得到多巴胺改性膜；
[0007]步骤三、将步骤二得到的多巴胺改性膜浸泡在两性离子溶液中，氮吹10min～30min，然后加入配位体溶液，继续氮吹10min～20min，再加入抗坏血酸溶液，在氮气环境下进行自由基聚合反应，反应结束完成聚酰胺纳滤膜表面改性，得到两性离子改性膜。
[0008]进一步限定，步骤一中所述的多巴胺混合溶液是按如下步骤完成的：
[0009]步骤1、将0.6g～1.0g盐酸多巴胺溶解于30mL～50mL的N，N二甲基甲酰胺，在氮气环境下搅拌15min～25min；
[0010]步骤2、向步骤1后的产物中加入0.2mL～0.3mL的2
‑
溴异丁酰溴和0.2mL～0.4mL的三乙胺，继续在氮气环境下搅拌反应2h～4h，得到多巴胺混合溶液。
[0011]进一步限定，步骤1、步骤2中的反应均在棕色三颈烧瓶中发生。
[0012]进一步限定，步骤一中所述的缓冲溶液为Tris
‑
HCl缓冲溶液，pH值为8.50，Tris
‑
HCl缓冲溶液中Tris的浓度为0.005mol/L～0.015mol/L。
[0013]进一步限定，步骤一中所述多巴胺混合溶液中多巴胺的质量与缓冲溶液的体积的比为0.8g：(150～250)mL。
[0014]进一步限定，步骤二中所述震荡的速度为40rmp/min～80rmp/min，震荡的时间为20min～40min。
[0015]进一步限定，步骤三中所述两性离子溶液的浓度为0.06g/mL～0.08g/mL，其中的两性离子单体为3
‑
[N，N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]丙烷
‑1‑
磺酸内盐(SBMA)，溶剂为水和异丙醇按体积比为1：1的混合物。
[0016]进一步限定，步骤三中所述配位体溶液的溶质为无水氯化铜和三(2
‑
吡啶基甲基)胺(TPMA)的混合物，溶剂为水和异丙醇按体积比为1：1的混合物，所述配位体溶液中无水氯化铜的浓度为0.0004g/mL～0.0006g/mL，三(2
‑
吡啶基甲基)胺(TPMA)的浓度为0.006g/mL～0.008g/mL。
[0017]进一步限定，步骤三中所述抗坏血酸溶液中抗坏血酸的浓度为0.05g/mL～0.15g/mL，溶剂为水和异丙醇按体积比为1：1的混合物。
[0018]进一步限定，步骤三中所述配位体溶液与两性离子溶液的体积比为(6～10)：150。进一步限定，步骤三中所述抗坏血酸溶液与两性离子溶液的体积比为(8～16)：150。
[0019]进一步限定，步骤二中所述的多巴胺改性膜、步骤三中所述的两性离子改性膜均需储存于异丙醇溶液中备用，异丙醇溶液的体积分数为5％～15％。
[0020]本专利技术相比现有技术的优点如下：
[0021]1)本专利技术借鉴仿生思想，利用多巴胺过渡层嫁接两性物质，其中多巴胺的羟基与膜表面酰氯官能团发生化学成键，多巴胺过渡层一方面依靠自身的黏附力，一方面依靠化学键作用力，为嫁接两性物质提供了强健的基础，大大提高改性膜的长期运行稳定性。
[0022]2)本专利技术采用两性离子聚合物SBMA作为改性单体，该物质在一个侧链上同时拥有带正电和负电的亲水官能团，具有优异的亲水性，利用该物质作为亲水改性材料，极大程度地提高了纳滤膜的亲水性。
[0023]3)本专利技术方法在维持较高水平渗透性能地同时，对截留性能有一定程度地提高，并且极大地提升了纳滤膜的抗污染性能，减缓运行过程中膜的污染程度，降低清洗频率，减少能耗，延长使用寿命。
[0024]4)本专利技术采用从膜表面嫁接两性离子聚合物，反应条件温和，且嫁接程度更为可控，易于操作，展示了极好的大规模生产应用前景。
[0025]5)本专利技术创新性地利用多巴胺过渡层，嫁接两性离子聚合物，优化纳滤膜孔径尺寸、提升亲水性，实现纳滤膜截留性能与抗污染性能地同时提升。
[0026]6)本专利技术能够显著提升纳滤膜对于一价、二价离子的去除率，在苦咸水处理领域展现了广泛的应用前景。
[0027]7)本专利技术在纳滤膜表面使用多巴胺为过渡层嫁接两性聚合物，将两性物质嫁接在膜表面，使得运行过程中，膜表面的两性物质改性层充分接触进料，抵抗污染物的入侵，使得两性物质在纳滤膜运行过程中充分发挥抗污染特性。此外，本专利技术能够在保持水通量的前提下，提升纳滤膜对硫酸钠、氯化钠等四种无机盐的截留率。
[0028]8)大部分研究使用多巴胺作为粘合剂时，更多的是借鉴贻贝仿生思想，利用多巴胺自聚形成的粘合力，而本专利技术利用傅里叶红外光谱分析证明了多巴胺与纳滤膜表面以共价键的形势存在，为后续嫁接两性物质提供稳定的基础。
附图说明
[0029]图1为实施例1中对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的扫描电镜图和原子力显微镜图；其中图1a
‑
c分别为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的表面形貌，图1d
‑
f分别为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的纵断面形貌，图g
‑
i分别为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的原子力显微镜图；
[0030]图2为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的傅里叶红外光谱图；
[0031]图3为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的纯水接触角；
[0032]图4为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜对PEG的截留率折线图；
[0033]图5为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的纯水通量柱形图；
[0034]图6为对照膜、多巴胺改性膜、两性离子改性膜的硫酸钠通量及截留率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，其特征在于，该改性方法按以下步骤进行：步骤一、配制多巴胺混合溶液，然后将其与缓冲溶液混合，得到多巴胺涂覆溶液；步骤二、将待改性的聚酰胺纳滤膜固定在反应器上，用多巴胺涂覆溶液对聚酰胺纳滤膜的活性层一侧进行浸润，浸润过程中伴随震荡，得到多巴胺改性膜；步骤三、将步骤二得到的多巴胺改性膜浸泡在两性离子溶液中，氮吹10min～30min，然后加入配位体溶液，继续氮吹10min～20min，再加入抗坏血酸溶液，在氮气环境下进行自由基聚合反应，反应结束完成聚酰胺纳滤膜表面改性，得到两性离子改性膜。2.根据权利要求1所述的一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，其特征在于，步骤一中所述的多巴胺混合溶液是按如下步骤完成的：步骤1、将0.6g～1.0g盐酸多巴胺溶解于30mL～50mL的N，N二甲基甲酰胺，在氮气环境下搅拌15min～25min；步骤2、向步骤1后的产物中加入0.2mL～0.3mL的2
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溴异丁酰溴和0.2mL～0.4mL的三乙胺，继续在氮气环境下搅拌反应2h～4h，得到多巴胺混合溶液。3.根据权利要求2所述的一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，其特征在于，步骤1、步骤2中的反应均在棕色三颈烧瓶中发生。4.根据权利要求1所述的一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，其特征在于，步骤一中所述的缓冲溶液为Tris
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HCl缓冲溶液，pH值为8.50，Tris
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HCl缓冲溶液中Tris的浓度为0.005mol/L～0.015mol/L，步骤一中所述多巴胺混合溶液中多巴胺的质量与缓冲溶液的体积的比为0.8g：(150～250)mL。5.根据权利要求1所述的一种基于两性物质的聚酰胺纳滤膜表面改性方法，其特征在于，步骤二中所述震荡的速度为40r...

【专利技术属性】
技术研发人员：白朗明，梁恒，丁俊文，王莹，姚利辉，李圭白，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：