[发明专利]一种聚醚砜功能复合分离膜的制备方法

说明书

一种聚醚砜功能复合分离膜的制备方法，其主要是对聚醚砜进行氯乙酰化改性处理，使其表面载有氯乙酰基基团，然后使载带氯乙酰基的聚醚砜与四乙烯五胺在N,N‑二甲基乙酰胺溶剂中进行化学键合反应，继而应用相转移技术制备载带多乙烯胺基团的聚醚砜分离膜，之后对载带多乙烯胺基团的聚醚砜进行膦酸化改性处理，制备载带氨基膦酸官能基团的聚醚砜分离膜，最后借助界面聚合反应，在聚醚砜分离膜表面上涂覆纳滤截留薄层。本发明方法简便可行，制备过程对人体健康危害小，制备的聚醚砜功能复合分离膜表面的纳滤截留层和内部的氨基膦酸螯合基团稳定、不易脱落和浸出流失，其对重金属的截留效能高，在重金属废水污染处置领域的应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种复合膜的制备方法。

背景技术

水是生命之源，是人类赖以生存和发展不可缺少的最重要物质资源之一。水资源供给不仅关系到民生大计，还对经济可持续发展起到至关重要的影响。近几十年来，矿产生产、废石场和尾矿淋浸、有色金属冶炼和加工、钢铁冶炼和加工、以及电镀、化学镀和电子元器件生产等工序排放大量的重金属废水，致使重金属离子及其化合物在自然水体中累积，造成了严重的水体污染。废水中的重金属不能被生物降解，其易于发生形态改变，并能在生物链中传递和蓄积，给生态环境和人体健康造成严重危害。众所周知，20世纪日本熊本县发生的水俣病和富山县发生骨痛病是分别由汞、镉水体污染所导致。因此，严格监控重金属废水排放和开展重金属水体的污染治理，是世界各国亟需解决的环境问题。

与传统的化学沉淀、化学沉淀/化学混凝、吸附等处置技术相比较，膜分离技术用于水体重金属污染的治理日益受到关注。膜分离技术具有高效、节能、环保等突出优点，其能实现分子级别过滤，其实施过程简便、易于自动控制、可回收有用物料，膜分离技术在溶液组分分离、浓缩、纯化、精制、以及水处理等领域有广阔的应用前景。在膜分离技术中，聚合物和胶束增强微超滤虽能有效实现重金属的吸附截留，但存在重金属污染物二次处置的难题；离子交换膜电渗析和双极膜电渗析工艺存在系统集成投资大、运行成本高的缺陷；微超滤螯合膜吸附对低浓度重金属废水处置效果优良，但其对高浓度重金属污染物去除效果欠佳；反渗透膜分离技术存在压力损失大、处理成本高的缺陷。与此相比，近些年来，纳滤膜分离技术用于重金属废水的综合处置备受重视。纳滤分离膜的表层孔径属于纳米级范围，可截留大部分重金属离子；纳滤膜分离操作压力比反渗透膜分离低、故其工程处置效能高；此外，纳滤膜表面超薄层通常载有电荷，其通过静电作用能有效去除水溶液中的二价及高价金属离子。

与聚砜、聚偏氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等材质相比，聚醚砜具有优良的耐热性能、电绝缘性能、机械性能和综合物理化学性能，其可在高温下连续使用，并且在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定，因而聚醚砜在电器、机械、汽车、以及膜分离等领域应用广泛。表面电中性纳滤膜，其表面不载带酰胺基团和离子交换基团，其截留去除金属离子是基于物理筛分原理，即允许尺寸比其孔径小的金属离子透过而截留尺寸比其孔径大或与孔径相近的组分。随着分离组分尺寸的减小，所用纳滤膜孔径也需相应减小，这样势必造成膜通量下降，并且使纳滤膜的制备过程更为繁琐。因此，将对重金属离子有静电排斥作用的官能基团载入到纳滤膜表面，将极大提升纳滤分离膜截留去除水体中重金属的效能。

当前，国内外学者主要是将苯胺类水溶液薄层和苯基酰氯有机薄层先后浸渍在聚砜、聚醚砜微超滤支撑膜表面上，借助苯胺类物质和苯基酰氯的界面聚合反应，在支撑膜表面上形成酰胺官能基团。该技术能成功在聚砜、聚醚砜微超滤支撑膜表面上涂覆有载电电荷的纳滤超薄功能层，继而有效实现对废水中重金属的截留去除。但工艺采用苯胺类物质为原料，其化学毒性大，对人体有致癌作用。与苯胺类物质相比，壳聚糖是种天然碱性多糖，其由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到。壳聚糖对生物体和人体健康基本无害，其分子链中有活泼的羟基和氨基，对重金属离子具有配位吸附作用，并且可以和酰氯发生化学键合作用生成网状聚合物。虽然壳聚糖对重金属离子具有吸附性能，但对低浓度重金属离子的吸附性差，且存在吸附平衡时间长、选择性差等缺点。此外，壳聚糖在低浓度酸溶液中易于水解和溶解，故而其用于重金属污染治理的处置性能差。