[发明专利]一种羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜

说明书

技术领域

本发明属于膜分离领域，尤其涉及一种羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜。

背景技术

水资源短缺问题日益突显，膜分离技术凭借其高效、节能、环保、适用范围广等特点，已成为海水淡化和污水处理的有效手段。常见的膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透汽化和膜生物反应器等。其中，反渗透作为最早实现工业化的膜分离技术之一，在海水淡领域已经得到了广泛应用。

自FilmTech公司开发第一张聚酰胺反渗透膜FT-30以来，当今商品化反渗透膜仍以聚酰胺膜为主要膜材料。为了能够满足现代社会经济和人民生活发展的需求，急需对现有反渗透膜进行改进，开发高性能反渗透膜。现已有报道将无机纳米材料作为改性剂，如将纳米二氧化钛、二氧化硅、碳纳米管或石墨烯等添加到膜内，提高聚酰胺反渗透膜的耐污染性和水渗透性（CN 1401417A；CN 102989330A；J. Membr. Sci., 2011, 367, 158-165）。然而，就现有报道来看，这些无机纳米改性材料仍存在改性效果不明显，在膜内易聚集，使膜产生缺陷等问题。因此，开发一些新型纳米改性材料，对于改善与提高聚酰胺反渗透膜的性能是十分必要的。

羧酸甜菜碱型聚合物是一类羧酸根阴离子、季铵盐阳离子基团位于高分子链同一单体单元上的物质，凭借其良好的亲水性和耐污染性，现已逐渐成为一类新型的膜改性材料（J. Membr. Sci., 2008, 325: 495-502；Polym Int., 2009, 58: 1350–1361）。羧酸甜菜碱型聚合物通过分子链间（内）静电吸引和亲、疏水作用，可形成含有一定数量高分子链的聚集体，即胶体纳米粒子。如将羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子引入到聚酰胺膜中，不仅可以利用良好的亲水性和强耐污染性，还可凭借其独特的纳米孔洞结构，提高膜的水渗透性和耐污染性，使其能够更好地满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜。

羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜的制备方法包括如下步骤：

（1）以羧酸甜菜碱两性离子单体和丙烯酸羟烷酯单体为功能单体，配成水溶液，加入水溶性氧化－还原引发剂，采用无皂乳液聚合法，制备羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子；

（2）将多孔聚砜支撑膜在水相溶液中浸渍1～3分钟，水相溶液中芳香族多元胺单体的浓度为0.2～2wt%，羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子的浓度为0.02～0.2 wt%，NaOH的浓度为0.01～0.1 wt%，取出并去除表面过量的水相溶液；再浸入到含有浓度为0.1～1 wt%的芳香族多元酰氯单体的有机相溶液中，界面聚合反应0.5～2分钟，在50～70^oC下固化15～40分钟，经去离子水漂洗后，得到羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜；

步骤1）中所述的羧酸甜菜碱两性离子单体为3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-羧酸内盐、2-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]乙烷-1-羧酸内盐或3-(4-乙烯基吡啶)丙烷-1-羧酸内盐；步骤1）中所述的丙烯酸羟烷酯单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或丙烯酸羟丁酯。

步骤1）中所述的水溶液中羧酸甜菜碱两性离子单体的质量百分比浓度为15～35%。步骤1）中所述的水溶液中丙烯酸羟烷酯单体的质量百分比浓度为3～10%。

步骤1）中所述的水溶性氧化－还原引发剂为质量比为1：1的过硫酸钾和亚硫酸氢钠；在水溶液中总的质量百分比浓度为1～3%。步骤1）中所述的无皂乳液聚合条件为在35～60^oC下聚合3～6小时。

步骤2）中所述的芳香族多元胺单体为间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺或1, 3, 5-三氨基苯。步骤2）中所述的芳香族多元酰氯单体为邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯或均苯三甲酰氯。步骤2）中所述的有机相溶液的溶剂是正己烷或环己烷。

制备的羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜。

所述的一种羧酸甜菜碱型胶体纳米粒子改性聚酰胺反渗透膜可用于海水淡化、苦咸水淡化和有机废水处理等应用领域。