[发明专利]一种紫外接枝荷电纳滤膜的制备方法、其产品及应用

说明书

【技术领域】

本发明一种表面接枝法制备得到的纳滤膜，特别是一种经过紫外辐射处理的接枝荷电纳滤膜的制备方法，其产品及用途。

【背景技术】

纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150－500左右，截留溶解性盐的能力为2－98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。

根据纳滤膜的组成可将其分为无机纳滤膜及高分子纳滤膜。无机纳滤膜具有高温稳定性好、化学性能稳定的优点，有氧化锆及氧化钛等少数几个品种，但大面积制备比较困难。高分子纳滤膜具有制备简便、机械性能好、选材种类多等优点，因此，目前纳滤膜产品多以高分子纳滤膜为主。利用表面接枝法制备纳滤膜是一种制备工艺简单，反应可控的方法：由于接枝反应只在膜的表面发生，不对基膜产生影响；而且接枝层一般与基膜是共价键结合，膜性能有很好的稳定性。其原理是通过各种能量源（如，紫外、等离子体、电子束、X射线等）对基膜的表面进行活化处理，使其表面产生具有反应的活性基团，然后再与单体或大分子反应，形成接枝链截留层从而得到纳滤膜。其中应用最多的为紫外辐照接枝、等离子接枝。

紫外辐照接枝是聚合物膜在紫外光的辐照下发生光接枝反应。根据自由基产生方式可以分为自由基链转移法、氢消除反应法和聚合物辐照分解。Homayoonfal等人利用聚砜为基膜，丙烯酸为接枝单体直接采用紫外辐照接枝制备纳滤膜。作者考察了辐照时间，接枝单体浓度对制备纳滤膜性能的影响，发现随着辐照时间和接枝单体浓度的增加，纯水通量减少而无机盐的截留率上升，对于辐照时间为180min,丙烯酸浓度为6wt%制备的纳滤膜对于Na₂SO₄、MgSO₄、NaCl和CaCl₂截留率逐渐减少，分别是100%、77.9%、49.9%和35.9%。Qiu等人利用酚酞基聚醚酮为基膜，以丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙基磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）为单体制备了一系列荷负电性能的纳滤膜，系统的考察了反应条件、单体性质、链转移剂和共聚接枝对纳滤膜分离性能的影响。研究发现通过延长紫外辐照时间和提高单体浓度可以提高表面接枝率，从而改善膜的分离性能。另外，单体的电负性或极性对纳滤膜的分离性能有很大的影响，单体的电负性或极性越强，其改性的纳滤膜对无机盐的截留率就越高，且相同接枝条件下具有更大的通量。Deng等人利用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为接枝单体制备了一种荷正电的纳滤膜，研究发现在单体浓度为1.5mol/L，辐照时间为5min就可以制得0.3MPa下通量为20.3L/m2·h的高通量纳滤膜，而且对于MgCl2的通量达到92.8%。

目前紫外辐照接枝技术制备荷电纳滤膜还处在实验阶段，浙江大学邓慧宇等人通过紫外辐照以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为反应单体采用紫外直接辐照接枝聚合制备得到低压荷正电纳滤膜。当单体浓度为1.5mol/L时，辐照时间仅为5min时，就可制备得到具有良好分离性能的纳滤膜。操作压力为0.3MPa时，对1000mg/LMgCl₂脱除率为94.8%，通量最大可以达到为20.3L/m².h。

然而，可以看出，紫外辐照接枝技术制备得到的荷电纳滤膜虽然具有良好的MgCl₂脱除率，但通量较小，在水处理实际应用中存在缺陷。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种确保具有良好的MgCl₂脱除率和较高通量的荷电纳滤膜的制备方法。

本发明还提供上述方法得到的膜在水处理中的应用。

[技术方案]

表面接枝主要是通过各种能量源对已有的分离膜进行活化处理，使其表面产生具有反应活性的基团，然后与大分子或者单体进行反应，形成接枝链从而改善膜的表面性能如亲水性等。现有技术中记载的单体有中性单体，如N-2-乙烯-吡咯烷酮（NVP）、甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）弱酸性单体丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺乙醇酸（AAG）、甲基丙烯酸（MAA）、强酸性单体2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙基磺酸（AMPS）、2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸等，然而，表面接枝率提高时往往会产生封孔或充孔效应导致膜通量下降。

为了确保膜通量，本发明是通过下述技术方案实现的。