[发明专利]一种纳米氧化硅球/聚哌嗪酰胺纳米复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理膜技术领域，具体涉及一种纳米复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

复合纳滤膜主要由分离层、支撑层和无纺布层三部分组成，其中分离层是起分离作用的功能层。聚哌嗪酰胺型复合纳滤膜可应用于水质软化、海水淡化、染料脱除、食品加工以及废水处理等领域，具有广阔的应用前景，因此该材料引起了膜材料生产企业以及研究机构的广泛关注。聚哌嗪酰胺型复合纳滤膜通常以均苯三甲酰氯和哌嗪为主要原料通过界面聚合法获得。界面聚合法是将反应活性很高的两种单体分别溶解在两种互不相溶的溶剂中，通过在两种溶剂界面发生聚合反应生成高分子膜材料的方法。目前该方法广泛用于制备复合纳滤膜以及反渗透膜材料。

纳米氧化硅球通常具有纳米尺寸效应、结构稳定、尺寸可控、形貌规则、亲水性好等等优点。研究者发现将纳米氧化硅球作为添加剂，在界面聚合过程中将其引入到芳香聚酰胺反渗透膜的分离层中，可获得纳米复合芳香聚酰胺反渗透膜，纳米氧化硅球均匀分散在芳香聚酰胺分离层中，该方法可明显提高芳香聚酰胺复合反渗透膜的水通量，同时其脱盐率得到较好的保持。因此，通过将纳米氧化硅球均匀分散到复合膜分离层中，提高膜材料表面的亲水性，同时优化分离层的交联度是提高复合膜水通量的有效方法。然而，目前该方法主要应用于纳米氧化硅球/芳香聚酰胺纳米复合反渗透膜的制备，还没有将纳米氧化硅球引入到聚哌嗪酰胺纳滤膜中的相关报道。另外，在复合纳滤膜使用过程中仍存在水通量偏低的问题，从而造成能耗和成本偏高；因此，如何进一步提高其水通量同时保持较高的脱盐率一直是复合纳滤膜制备技术研究的重点之一。

发明内容

本发明所要解决的是如何提高复合纳滤膜水通量的技术问题，提供一种高通量的纳米氧化硅球/聚哌嗪酰胺纳米复合纳滤膜及其制备方法，通过界面聚合法在超滤支撑膜表面形成一层含有纳米氧化硅球的聚哌嗪酰胺功能分离层而获得，由于纳米氧化硅球表面带有丰富的硅羟基功能团，纳米氧化硅球与聚哌嗪酰胺分离层之间具有较强的氢键作用，因此可稳定分散于聚哌嗪酰胺分离层中，使得该纳米复合纳滤膜水通量高、性能稳定、亲水性好，同时脱盐率保持在较高的水平；同时其制备方法过程简单，可操作性强，制备条件易于控制，具有广阔的规模化应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种纳米氧化硅球/聚哌嗪酰胺纳米复合纳滤膜，由界面聚合法在超滤支撑膜表面形成一层含有纳米氧化硅球的聚哌嗪酰胺复合功能分离层构成，具体由以下制备方法得到：

(1)将超滤支撑膜直接浸入到含哌嗪和十二烷基磺酸钠的水相溶液中，浸渍0.5-20分钟，取出后除去所述超滤支撑膜表面过量的水相溶液；所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.2-0.8w/v％，十二烷基磺酸钠的浓度为0.001-0.01w/v％；所述水相溶液的pH值为8-11；

(2)将纳米氧化硅球和均苯三甲酰氯加入到有机溶剂中并进行超声分散30-60分钟配制成均匀的油相溶液；所述油相溶液中所述纳米氧化硅球的浓度为0.03-0.09w/v％，所述纳米氧化硅球的尺寸为20-300纳米，所述均苯三甲酰氯的浓度为0.2-0.8w/v％；

再将步骤(1)得到的超滤支撑膜浸入到所述油相溶液中进行界面聚合反应，反应时间为0.5-20分钟，从而在超滤支撑膜表面生成一层含有纳米氧化硅球的聚哌嗪酰胺功能皮层，形成初生态纳米复合纳滤膜；

(3)取出后除去所述初生态纳米复合纳滤膜表面过量的油相溶液，进行热处理，热处理温度为60-95℃，热处理时间为3-30分钟，用去离子水冲洗即可得到纳米氧化硅球/聚哌嗪酰胺纳米复合纳滤膜。

其中，所述超滤支撑膜为孔径40-100纳米的聚砜超滤支撑膜或聚醚砜超滤支撑膜。

其中，所述水相溶液的pH值用磷酸钠、磷酸氢二钠或三乙胺进行调节。

其中，所述油相溶液中的有机溶剂为Isopar G型混合烃、正已烷或正庚烷。

优选地，步骤(1)的所述水相溶液中所述哌嗪的浓度为0.2w/v％；步骤(2)的所述油相溶液中所述纳米氧化硅球的浓度为0.06w/v％，所述均苯三甲酰氯的浓度为0.2w/v％。

一种纳米氧化硅球/聚哌嗪酰胺纳米复合纳滤膜的制备方法，该方法按照以下步骤进行：

(1)将超滤支撑膜直接浸入到含哌嗪和十二烷基磺酸钠的水相溶液中，浸渍0.5-20分钟，取出后除去所述超滤支撑膜表面过量的水相溶液；所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.2-0.8w/v％，十二烷基磺酸钠的浓度为0.001-0.01w/v％；所述水相溶液的pH值为8-11；