一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法，本发明专利技术通过戊二醛溶液交联CS/PVA得到水凝胶中间层，再进行界面聚合反应得到新型纳滤膜。与传统TFC膜相比，通过水凝胶粘度的控制哌嗪的扩散速率，得到的纳滤膜具有完整的较薄的聚酰胺层，在维持高截盐率的同时提高了纳滤膜的水通量，并且水凝胶中间层和聚醚砜基底之间能够形成氢键等分子间作用力，使纳滤膜能够长期稳定的运行。使纳滤膜能够长期稳定的运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法，属于膜


技术介绍

[0002]水资源短缺是世界面临的主要挑战之一，除了节约现有的淡水资源和回收废水再利用之外，淡水地球的水循环是唯一能补充淡水的方式。纳滤是四种压力驱动型工艺中最新的一种，在生活饮用水生产、城市和工业废水处理、资源回收、物料分离与浓缩等领域取得了大量的成功应用。但纳滤膜的性能还没有达到人们的预期，特别是在水的渗透和盐的排斥之间的权衡效应限制了纳滤性能的进一步突破。为了获得具有高渗透性和高截盐性的薄膜复合纳滤膜(TFC NF)，亲水聚合物被用作均匀的中间层，在超滤膜载体上形成薄而无缺陷的聚酰胺PA层，从而得到具有优异分离性能的薄膜复合膜。
[0003]目前典型的纳滤膜结构为薄膜复合膜结构，主要由提供机械支撑的超滤底膜和在其上通过多元胺和多元酰氯之间进行的界面聚合反应而制备得到的起选择性筛分作用的聚酰胺选择层组成。多元胺与多元酰氯之间的反应快速且难以控制，导致聚酰胺选择层厚度过厚，以这种方法制备出的传统纳滤膜由于大部分纳滤膜带负电荷对二价正离子和一价盐离子的截留低，而且水通量较低，同时通量与截盐之间一直的trade
‑
off的关系也限制着纳滤膜的性能。
[0004]因此，如何对聚合体系进行优化，寻求一种制备兼具高截盐和高通量的薄膜复合纳滤膜的新技术，具有很强的研究意义，也是研究人员一直努力的方向。
[0005]壳聚糖(CS)是一种丰富的天然生物聚合物，具有生物相容性、可降解性和无毒等特点，在生物医疗等领域得到了广泛的应用。聚乙烯醇(PVA)是一种含有大量氢氧基的水溶性材料，由于其生物相容性和无毒，已被开发用于生物医学应用。

技术实现思路

[0006]针对现有内容不足，本专利技术提供一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法，包括步骤如下：
[0009](1)将壳聚糖CS溶解在乙酸水溶液中，在室温下搅拌6
‑
10h形成液体A，将聚乙烯醇PVA溶解在去离子水中，加热搅拌1
‑
4h，形成液体B，将液体A和液体B混合，充分搅拌，得到壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)溶液；
[0010](2)水相溶液的制备
[0011]将多元胺加入到去离子水中，搅拌均匀，得到水相溶液；
[0012](3)油相溶液的制备
[0013]将多元酰氯溶解在有机溶剂中配制成油相溶液；
[0014](4)含水凝胶基层制备
[0015]将基膜裁剪后固定，将步骤(1)的壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)溶液倒在PES基膜上，静置，然后倒入戊二醛溶液进行交联，在基膜上得到水凝胶基层，用气刀除去水凝胶表面多余液体；
[0016](5)界面聚合反应
[0017]将水相溶液倒在水凝胶基层上，保持30～180s后，去除多余的水相溶液，除去多余水相溶液，然后倒入油相溶液，反应后去除多余的油相溶液，移至烘箱烘干，得到薄层聚酰胺层的纳滤膜。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，乙酸水溶液的体积分数为3
‑
8％v/v。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，壳聚糖CS与乙酸水溶液的质量比为1：(8
‑
10)。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，聚乙烯醇PVA与去离子水的质量比为1：(8
‑
10)。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，加热搅拌为加热至85
‑
95℃，搅拌时间为2h。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，液体A与液体B的质量比为(2
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3)：(3
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4)。
[0023]最为优选的，步骤(1)中，液体A与液体B的质量比为2：3。
[0024]本专利技术在CS/PVA溶液的制备过程中，CS和PVA通过疏水侧链聚集、分子内氢键和分子间氢键的相互作用形成水凝胶前驱体。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，水相溶液中多元胺的质量浓度为0.5
‑
3％，优选的，水相溶液中多元胺的质量浓度为1
‑
3％，
[0026]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，多元胺为哌嗪。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，多元酰氯为均苯三甲酰氯、间苯三甲酰氯、环己烷三酰氯、环戊烷三酰氯、丙三酰氯或戊三酰氯中的一种；有机溶剂为正己烷、正庚烷、十二烷或十四烷的一种，
[0028]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，油相溶液中多元酰氯的质量浓度为0.02～0.2％。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，所述的基膜为聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚酰胺亚胺、聚丙烯或聚丙烯腈，
[0030]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，膜片是直径为5cm的圆形膜片，
[0031]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)溶液的用量为2
‑
5mL。
[0032]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，静置时间为8
‑
12min。
[0033]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，戊二醛溶液的质量浓度为0.5
‑
3％,优选的，戊二醛溶液的质量浓度为0.5
‑
1％。
[0034]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，戊二醛溶液的用量为4
‑
6mL。
[0035]根据本专利技术优选的，步骤(5)中，倒入水相溶液后，保持时间为120s，倒入油相溶液，反应时间为60s。
[0036]根据本专利技术优选的，优选的，步骤(5)中，放入烘箱烘干时间为5min。
[0037]本专利技术在水凝胶基层制备过程中，戊二醛作为交联剂，戊二醛上的醛基可以与聚乙烯醇上的羟基进行醇醛缩合反应，还可以与壳聚糖上的氨基进行席夫碱反应，形成稳定的水凝胶三维网络结构。
[0038]CS和PVA在共混物中通过疏水侧链聚集、分子内氢键和分子间氢键发生相互作用，经过戊二醛(GA)交联易形成稳定的三维网络结构。利用CS和PVA共混物在传统大孔支撑层
上构筑中间层再进行界面聚合，
[0039]本专利技术的制备方法，先将CS和PVA这两个高分子聚合物进行溶解混合，CS和PVA通过疏水侧链聚集、分子内氢键和分子内氢键的相互作用在基膜上形成水凝胶前驱体，类似半凝胶，然后在半凝胶上倒入戊二醛溶液，作为交联剂，分别与氨基和羟基发生席夫碱反应以及醇醛缩合反应，形成稳定的三维水凝胶网络结构。本专利技术的CS/PVA使得到的水凝胶具体合适的粘度，作为载体储存哌嗪分子，起到减缓哌嗪分子扩散的作用，水凝胶其本身的亲水性也会加快水分子的传递与扩散。本专利技术的纳滤膜以水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水凝胶中间层制备薄层聚酰胺层的纳滤膜的方法，包括步骤如下：(1)将壳聚糖CS溶解在乙酸水溶液中，在室温下搅拌6
‑
10h形成液体A，将聚乙烯醇PVA溶解在去离子水中，加热搅拌1
‑
4h，形成液体B，将液体A和液体B混合，充分搅拌，得到壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)溶液；(2)水相溶液的制备将多元胺加入到去离子水中，搅拌均匀，得到水相溶液；(3)油相溶液的制备将多元酰氯溶解在有机溶剂中配制成油相溶液；(4)含水凝胶基层制备将基膜裁剪后固定，将步骤(1)的壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)溶液倒在PES基膜上，静置，然后倒入戊二醛溶液进行交联，在基膜上得到水凝胶基层，用气刀除去水凝胶表面多余液体；(5)界面聚合反应将水相溶液倒在水凝胶基层上，保持30～180s后，去除多余的水相溶液，除去多余水相溶液，然后倒入油相溶液，反应后去除多余的油相溶液，移至烘箱烘干，得到薄层聚酰胺层的纳滤膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，乙酸水溶液的体积分数为3
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8％v/v，壳聚糖CS与乙酸水溶液的质量比为1：(8
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10)，聚乙烯醇PVA与去离子水的质量比为1：(8
‑
10)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，加热搅拌为加热至85
‑
95℃，搅拌时间为2h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志宁，王栋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：