一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将支撑膜与酸接收剂水溶液接触，吸附一定时间后得到改性支撑膜；（2）配制含有反应单体A和反应单体B的双组份有机相混合液，并预先反应一定的时间；反应单体A和反应单体B的摩尔比范围为0.5:1~2:1；（3）将改性支撑膜与有机相混合液接触，反应单体A和反应单体B在改性支撑膜表面发生聚合反应；（4）将步骤（3）中得到的膜放于干燥箱中进行热处理，得到复合纳滤膜。本发明专利技术采用上述的一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法，以解决荷正电的有机小分子截留率低，荷正电纳滤膜难以工业化，纳滤膜通量低的技术问题。纳滤膜通量低的技术问题。纳滤膜通量低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳滤膜分离
，特别是涉及一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动膜分离过程，具有操作压力低、分离效果好、节能环保的特点。纳滤膜的孔径一般在0.5~2nm，截留分子量为100~2000Da，基于尺寸筛分效应和静电排斥作用可以对染料、药物等有机小分子高效截留。因此，纳滤膜广泛应用于废水处理、生物、医药、食品等领域。
[0003]现有商品纳滤膜大多荷负电。近年研究发现，荷正电纳滤膜在锂镁分离、饮用水软化、抗生素提纯和废水处理等领域具有广泛的应用前景。荷正电纳滤膜材料主要包括季铵盐类和聚乙烯亚胺类。季铵盐类荷正电纳滤膜可通过接枝含季铵基团的单体制备，也可通过基团转化制备，如使用氯甲醚将膜表面游离的分子氯甲基化，然后通过碱化反应将膜表面的氯甲基基团转化为荷正电基团。然而，氯甲基化的反应条件较为苛刻，难以工业化。聚乙烯亚胺链段中的大量胺类基团（伯胺、叔胺）使其具有荷正电特性，因此，经过聚乙烯亚胺改性得到的纳滤膜表现出荷正电特性和优异的分离性能。然而，这一类纳滤膜的通量一般较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法，以解决荷正电的有机小分子截留率低，荷正电纳滤膜难以工业化，纳滤膜通量低的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将支撑膜与酸接收剂水溶液接触，吸附一定时间后得到改性支撑膜；酸接收剂水溶液中酸接收剂的摩尔浓度范围为0.1~3mol/L；优选的，所述酸接收剂的摩尔浓度为0.2~2mol/L；（2）配制含有反应单体A和反应单体B的双组份有机相混合液，并预先反应1~60min，反应温度为10~40℃；优选的预先反应时间为1~15min；反应单体A、反应单体B的摩尔浓度范围均为5~50mmol/L；反应单体A和反应单体B的摩尔比范围为0.5:1~2:1；优选的，反应单体A、反应单体B的摩尔浓度范围为5~20mmol/L；（3）将改性支撑膜与有机相混合液接触，反应单体A与反应单体B在改性支撑膜表面发生聚合反应；（4）将步骤（3）中得到的膜放于干燥箱中进行热处理，得到复合纳滤膜。
[0006]优选的，所述酸接收剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或多种。
[0007]更优选的，所述的酸接收剂为氢氧化钠和碳酸钾。
[0008]优选的，所述支撑膜为截留分子量为10 kDa~50 kDa的聚合物多孔超滤膜。
[0009]更优选的，所述聚合物多孔膜的材料为聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺中的一种。
[0010]更优选的，所述支撑膜为聚砜超滤膜。
[0011]优选的，所述反应单体A包括1,4,7
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三氮杂环壬烷、1,4,7,10
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四氮杂环十二烷、1,4,7,10
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四氮杂环十二烷
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1,4,7,10
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四乙酸、1,4,8,11
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四氮杂环十四烷、1,4,8,11
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四氮杂环十四烷
‑
1,4,8,11
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四乙酸、1,4,7,10,13
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五氮杂环十五烷中的一种或多种。
[0012]更优选的，所述反应单体A包括1,4,7,10
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四氮杂环十二烷、1,4,8,11
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四氮杂环十四烷中的一种或多种。
[0013]优选的，所述反应单体B包括1,3,5
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三(溴甲基)苯、1,4
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二(溴甲基)苯、1,3,5
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三溴苯、1,4
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二溴苯中的一种或多种。
[0014]更优选的，所述反应单体B包括1,3,5
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三(溴甲基)苯、1,4
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二(溴甲基)苯中的一种或多种。
[0015]优选的，有机相混合溶液的有机溶剂包括正己烷、正庚烷、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、均三甲苯中的一种或多种。
[0016]更优选的，所述有机溶剂为正己烷、正庚烷中的一种或多种。
[0017]优选的，步骤（1）中，支撑膜与酸接收剂水溶液的接触操作为浸润或浸渍，所述支撑膜与所述酸接收剂水溶液相接触的时间范围为1~10min；所述酸接收剂水溶液的温度范围为15~40℃。
[0018]优选的，步骤（3）中，所述改性支撑膜与有机相混合液接触操作为浸润或浸渍，所述改性支撑膜与所述有机相混合液的接触时间为1~60min；所述接触时的反应温度范围为15~40℃。
[0019]更优选的，接触时间为1~30min；优选的，步骤（5）中，所述热处理的温度范围为50~90℃；所述热处理的时间范围为1~20min。
[0020]一种高通量荷正电纳滤膜的制备方法制备的高通量荷正电纳滤膜。
[0021]本专利技术的机理：本专利技术中的反应单体A中的仲胺基和反应单体B中的溴甲基之间发生亲核取代反应，形成C
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N单键连接的多孔聚合物，其结构稳定可以耐受强酸强碱。支撑膜表面吸附的酸接收剂可以中和反应单体A与反应单体B的副产物HBr，促进双组份单体的聚合反应，进而在支撑膜表面形成致密薄层。由于反应单体A与反应单体B形成的致密薄层含有大量的叔胺基，且部分叔胺基会进一步与溴甲基发生季铵化反应，因此其表面在pH=7的水溶液环境下呈现荷正电特性，对于荷正电小分子具有静电排斥效应，对荷正电小分子的截留率高。
[0022]本专利技术的有益效果：（1）高通量荷正电纳滤膜表面在pH=7的水溶液环境下呈现荷正电特性，对于荷正电小分子具有静电排斥效应。因此，该纳滤膜对荷正电染料/药物小分子的截留率高，可应用于荷正电小分子的脱除、脱盐、浓缩或富集过程。
[0023]（2）高通量荷正电纳滤膜的分离层稳定牢固，渗透通量大，具有一定的长期运行稳定性。
[0024]（3）高通量荷正电纳滤膜的制备方法工艺简单、单体浓度低、制备条件温和、适用范围广、易于放大和推广、易于实现工业化生产。
[0025]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1中聚砜支撑膜的表面扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1中荷正电纳滤膜的表面扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1中荷正电纳滤膜的断面扫描电镜图；图4是本专利技术实施例1中荷正电纳滤膜和聚砜支撑膜在不同pH下Zeta电位的示意图。
具体实施方式
[0027]需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术并不限于本实施例。
[0028]本专利技术使用的材料：本专利技术及下述实施例中对所有原料的来源没有特殊限制，为市售即可。
[0029]荷正电纳滤膜的膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高通量荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将支撑膜与酸接收剂水溶液接触，吸附一定时间后得到改性支撑膜；酸接收剂水溶液中酸接收剂的摩尔浓度范围为0.1~3mol/L；（2）配制含有反应单体A和反应单体B的双组份有机相混合液，并预先反应1~60min，反应温度为10~40℃；反应单体A、反应单体B的摩尔浓度范围均为5~50mmol/L，反应单体A和反应单体B的摩尔比范围为0.5:1~2:1；（3）将改性支撑膜与有机相混合液接触，反应单体A与反应单体B在改性支撑膜表面发生聚合反应；（4）将步骤（3）中得到的膜放于干燥箱中进行热处理，得到复合纳滤膜。2.根据权利要求1所述的一种高通量荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述酸接收剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种高通量荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述支撑膜为截留分子量为10 kDa~50 kDa的聚合物多孔超滤膜。4.根据权利要求1所述的一种高通量荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述反应单体A包括1,4,7
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三氮杂环壬烷、1,4,7,10
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四氮杂环十二烷、1,4,7,10
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四氮杂环十二烷
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1,4,7,10
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四乙酸、1,4,8,11
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四氮杂环十四烷、1,4,8,11
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵颂，邸楠茜，郭睿，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：