本发明专利技术公开了一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法，利用阴阳离子聚电解质在基膜表面交替动态层层自组装生成聚电解质层，在覆有聚电解质层的膜表面通过界面聚合法生成一层磁响应式聚哌嗪酰胺层，热处理，即得聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。本发明专利技术制备出一种具有高通量、高截留、抗污染性能强的多分离层复合纳滤膜，膜表面亲水官能团丰富、具有纳米尺寸的孔道等独特优势强化纳滤膜的综合性能。优势强化纳滤膜的综合性能。优势强化纳滤膜的综合性能。
【技术实现步骤摘要】
聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法
[0001]本专利技术涉及一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法，属于膜分离
技术介绍
[0002]纳滤是一种分离能力介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。纳滤膜的孔径在几个纳米左右，对二价或多价离子及分子量介于200～1000Da之间的有机物有较高的脱除率。被广泛地用于硬水软化、饮用水净化、废水处理和回用、染料等化工和生物制品的分级、纯化和浓缩等领域。
[0003]层层自组装是一种简单且适用性广的表面修饰方法，主要是通过带有相反电荷的聚电解质在静电吸引力、范德华力、氢键力以及共价键等的共同作用下自发组装成具有特殊层状结构的聚合物薄膜的方法。层层自组装法制得的聚电解质层具有可吸附多种目标物，吸附容量大的特点，还可以通过层层自组装法定向调控形成的膜表面荷电情况，使膜面与被分离物质之间形成静电排斥作用，从而达到选择分离的目的。然而，传统的静态层层自组装法通常需要较多的自组装层数，聚电解质的沉积速度慢，且在多次反复沉积过程中易导致聚电解质交叉污染，因此制备复合膜耗时长，生产效率低。动态层层自组装法是在一定压力下，以过滤的方式将带相反电荷的聚电解质交替沉积在基膜表面上的一种方法，因此聚电解质的沉积速度更快，与基膜的结合更加牢固。然而不论哪一种自组装方式皆主要依靠静电作用成膜，制得的膜稳定性较差，在极性较强的溶剂中易发生溶胀，导致复合膜的截留率降低。
[0004]界面聚合法是两种高反应活性的单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中，在两液相界面处发生缩聚反应，所得到的聚合物不溶于溶剂，且稳定性较好。界面聚合法制备工艺简单，但对基膜性能的要求较高，界面聚合反应中副反应较多，且成膜速度快，难以有效控制，制备的纳滤膜抗污染性能较差。
[0005]Fe3O4纳米颗粒具有优异的化学稳定性和独特的磁性。在振荡的外部磁场作用下，纳滤膜分离层中引入的Fe3O4纳米颗粒会在膜表面产生扭矩效应，进而破坏浓差极化边界层，从而抑制污染物向膜面的吸附累积。因此Fe3O4纳米颗粒是一种优异的纳滤膜改性材料。然而，Fe3O4纳米颗粒的引入会造成纳滤膜表面分离层的致密度降低，导致通量增加，截留率降低。
技术实现思路
[0006]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，将界面聚合法与层层自组装法联合使用，以Fe3O4为改性纳米材料，通过阴阳离子聚电解质在基膜表面交替自组装形成的聚电解质层能够作为底部分离层，提高纳滤膜的截留能力，同时利用界面聚合法制得的顶部分离层稳定性较好，弥补了聚电解质层稳定性较差的缺点，从而制备出一种具有高通量、高截留、抗污
染性能强的多分离层复合纳滤膜。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0008]本专利技术一方面，提供了一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将基膜固定在装有阳离子聚电解质溶液的动态层层自组装系统的膜池中，在压力条件下运行，将阳离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有阳离子聚电解质的膜；
[0010](2)将去离子水换成阴离子聚电解质溶液，在压力条件下运行，将阴离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有1个聚电解质双层的膜；
[0011](3)将覆有1个聚电解质双层的膜重复n
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1次步骤(1)和(2)，使带相反电荷的两种聚电解质交替动态自组装，接着再重复1次步骤(1)，得到覆有 n+0.5个聚电解质双层的膜，记作多层聚电解质双层的膜；
[0012](4)将覆有多层聚电解质的膜与哌嗪水相溶液接触随后沥干膜面液体，获得聚电解质
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哌嗪负载膜；
[0013](5)将聚电解质
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哌嗪负载膜表面与含有Fe3O4纳米颗粒的酰氯有机相溶液接触，得到聚电解质
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Fe3O4改性聚哌嗪酰胺复合膜；
[0014](6)将聚电解质
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Fe3O4改性聚哌嗪酰胺复合膜热处理，水冲洗，即得到聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。
[0015]作为优选，所述基膜为以聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜或磺化聚醚砜中的一种为原料所制备的超滤膜。
[0016]作为优选，所述阳离子聚电解质溶液的溶质为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二烯二甲基氯化铵或壳聚糖中的一种，溶液浓度为0.5～2.5g/L
[0017]作为优选，所述阴离子聚电解质溶液的溶质为聚4
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苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸、聚磺化乙烯或海藻酸钠中的一种，溶液浓度为0.5～2.5g/L
[0018]作为优选，所述步骤(1)和(2)中，动态层层自组装的时间为5～20min，动态自组装系统的压力为0.1～0.4Mpa。
[0019]作为优选，所述哌嗪水相溶液的浓度为1.0～3.0wt％；
[0020]所述含有Fe3O4纳米颗粒的酰氯有机相溶液中Fe3O4纳米颗粒的浓度为 0.03～0.1wt％；酰氯采用均苯三甲酰氯，溶剂为正己烷，TMC浓度为0.1～0.2wt％。
[0021]作为优选，覆有多层聚电解质的膜与哌嗪水相溶液接触时间为3～6min；聚电解质
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哌嗪负载膜表面与含有Fe3O4纳米颗粒的酰氯有机相溶液接触时间为 40～80s。
[0022]作为优选，Fe3O4粉末制作步骤如下：
[0023]按照质量比将0.35～0.55份四水合氯化亚铁与0.80～1.20份六水合三氯化铁配制成混合溶液，将混合溶液用0.5～1.5mol/L的盐酸溶液酸化后在氮气环境中加热至60～90℃，加入20～30％氢氧化铵溶液并搅拌，过滤、清洗、干燥，制得粒径为8.5～12nm的Fe3O4粉末。
[0024]作为优选，所述步骤(6)中热处理的温度为70～80℃，时间为3～10min。
[0025]本专利技术另一方面，提供了一种所述方法制备得到的聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。
[0026]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0027](1)与静态层层自组装法相比，压力辅助下进行的动态层层自组装法不但能使聚电解质之间的结合更加牢固，而且聚电解质的沉积速度更快。利用界面聚合法所得聚合物稳定性较好、反应速度快的特点，将其与层层自组装法有机结合，弥补了层层自组装法制得聚电解质膜稳定性差的缺点。解决了聚酰胺纳滤膜通量低、抗污染性能、制膜效率低下的问题，膜表面亲水官能团丰富、具有纳米尺寸的孔道等独特优势强化纳滤膜的综合性能。
[0028](2)本专利技术将Fe3O4纳米颗粒加入酰氯有机相溶液中，通过界面聚合反应将其引入聚哌嗪酰胺层中制备复合纳滤膜。在振荡的外部磁场作用下，Fe3O4纳米颗粒会在膜表面产生扭矩效应，进而破坏浓差极化边界层，从而抑制污染物向膜表面的吸附累积。然而，Fe3O4纳米颗粒的引入，使得分离层致密度降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将基膜固定在装有阳离子聚电解质溶液的动态层层自组装系统的膜池中，在压力条件下运行，将阳离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有阳离子聚电解质的膜；(2)将去离子水换成阴离子聚电解质溶液，在压力条件下运行，将阴离子聚电解质溶液换成去离子水，清洗膜面，得到覆有1个聚电解质双层的膜；(3)将覆有1个聚电解质双层的膜重复n
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1次步骤(1)和(2)，使带相反电荷的两种聚电解质交替动态自组装，接着再重复1次步骤(1)，得到覆有n+0.5个聚电解质双层的膜，记作多层聚电解质双层的膜；(4)将覆有多层聚电解质的膜与哌嗪水相溶液接触随后沥干膜面液体，获得聚电解质
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哌嗪负载膜；(5)将聚电解质
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哌嗪负载膜表面与含有Fe3O4纳米颗粒的酰氯有机相溶液接触，得到聚电解质
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Fe3O4改性聚哌嗪酰胺复合膜；(6)将聚电解质
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Fe3O4改性聚哌嗪酰胺复合膜热处理，水冲洗，即得到聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。2.根据权利要求1所述一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述基膜为以聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜或磺化聚醚砜中的一种为原料所制备的超滤膜。3.根据权利要求1所述一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述阳离子聚电解质溶液的溶质为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二烯二甲基氯化铵或壳聚糖中的一种，溶液浓度为0.5～2.5g/L。4.根据权利要求1所述一种聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述阴离子聚电解质溶液的溶质为聚4
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘喆，郭俊江，王佳璇，张爱宁，刘永军，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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