[发明专利]季铵盐壳聚糖HTCC/聚醚砜复合纳滤膜及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖荷正电复合纳滤膜及其制备方法，特别是一种亲水性、机械性能良好，截留率高的纳滤膜及其制备方法，属于膜分离领域。

背景技术

纳滤是一种介于超滤与反渗透之间的新型压力驱动型膜分离技术，其截留颗粒尺寸比超滤小，透过率比反渗透大，操作压力低，近十几年来得以迅速发展。纳滤膜处理技术不易产生有毒副产品，并且对分子质量为150~1000的有机物截留效果较好，在去除环境中微量-痕量有机污染物方面具有潜在优势。但是，目前已商品化的纳滤膜大多呈荷负电或中性，荷负电纳滤膜对高价阴离子、小分子有机物的确起到了很好的分离效果，但对阳离子和荷正电离子型有机物的分离效果却不是很理想。另外，膜污染也是制约膜处理技术商业化应用的主要问题。

壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基的产物，在自然界中含量丰富，具有独特的生物相容性、生物降解性、抗菌性和成膜性。壳聚糖分子链上分布着大量的羟基（-OH）和氨基（-NH₂），这些活性基团的存在使其很容易进行衍生改性，因而基于壳聚糖及其衍生物制备的功能化膜材料越来越受人们关注。Hoven等将壳聚糖膜浸入含有0.16gNaOH、0.30gNaI的10.0mL无水甲醇溶液中，分次加入0.6g碘甲烷于40℃下反应制得荷正电壳聚糖膜，与原壳聚糖膜相比，该膜对蛋白质具有更好的选择吸附性，对pH值的依赖性较小，但是该膜在水中的溶胀度较高，机械强度较差（Hoven V P, Tangpasuthadol V, Angkitpaiboon Y, Vallapa N and Kiatkamjornwong S. Surface-charged chitosan: Preparation and protein adsorption. Carbohydrate Polymers, 2007, 68(1): 44-53）。Huang等以甲苯二异氰酸酯为交联剂，采用复合法制备了改性壳聚糖GCTACC/聚丙烯腈荷正电纳滤膜，但是该膜纯水渗透性能并不理想（Huang R H, Chen G H, Sun M K and Gao C J. Preparation and characterization of composite NF membrane from a graft copolymer of trimethylallyl ammonium chloride onto chitosan by toluene diisocyanate cross-linking. Desalination, 2009, 239: 38-45）。针对上述问题，本发明将以荷正电的季铵盐壳聚糖HTCC为活性层，聚醚砜超滤膜为支撑层，采用涂覆-交联复合法制备荷正电纳滤膜，该产品具有良好的亲水性、抗菌性、化学稳定性和机械性能，可用于阳离子和荷正电离子型有机物的分离及反渗透和渗透蒸发等分离过程中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖荷正电复合纳滤膜及其制备方法。用此法制备的复合膜具有良好的亲水性能和机械性能，对某些有机物及无机盐截留率较高，可用于水环境中污染物的分离。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种季铵盐壳聚糖HTCC/聚醚砜复合膜，所述的复合膜为带正电的纳滤膜，以季铵盐壳聚糖HTCC为活性层，以聚醚砜超滤膜为支撑层。

所述的复合膜对1.0g/L的MgCl₂溶液的的截留率为73.0%-91.9%，所述的复合膜的水通量为4.77-8.96L·m^-2·h^-1，所述的复合膜的机械强度为233.24-266.12MPa，所述的复合膜的接触角为62.7°-63.9°。

一种季铵盐壳聚糖HTCC/聚醚砜复合膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取精制的HTCC样品溶于水中，配成质量浓度1.0%-2.0%的铸膜液；

（2）将聚醚砜超滤膜固定在玻璃板上，吸取铸膜液在膜上均匀涂敷，得到的湿膜置于50℃以下温度蒸发成干膜；

（3）配置质量浓度为1.6%-2.2%的环氧氯丙烷乙醇溶液，置于密闭容器中，加入碱溶液；

（4）将步骤2中的干膜浸泡于步骤3中的溶液中，45-55℃交联反应；

（5）交联反应完毕后，将膜取出45-55℃热处理，最后经去离子水洗涤、浸泡，待测定。

步骤（1）中季铵盐壳聚糖HTCC的取代度大于88.65%。

步骤（2）中聚醚砜超滤膜的截留分子量为10000，有效面积为50.3cm²。