[发明专利]一种高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜的制备方法及应用，属于膜分离技术领域。

背景技术

当前国内工业迅猛发展，水环境保护形势异常严峻，工业废水、生活用水等含油污水必须进行科学的处理。含油污水是指含有脂(脂肪酸、皂粪、脂肪、蜡等)及各种油类(矿物油、动植物油)的污水，其特点是化学耗氧量(COD)、生物需氧量(BOD)高，有一定的气味和色度、易燃、易氧化分解，一般比水轻、难溶于水。含油污水面广、量大且危害严重，在石油、航运、机械等领域中都会产生含油污水，对环境保护和人体健康危害非常大。

膜分离技术是一种绿色、高效的新型分离技术，是处理含油污水最有效的办法之一。疏水性的聚醚砜(PES)是理想的膜材料，但在实际应用中膜污染严重，使得膜分离效率下降，操作成本增加。利用亲水性物质对疏水性膜材料进行亲水化改性，以提高其亲水性能和抗污染性能，来制备出能在工业应用的抗污染膜，这已经成为膜分离技术领域的研究热点之一。

目前，对膜进行亲水化改性的方法主要有表面接枝、表面涂覆、膜材料改性和物理共混等，在工业上都有一定的应用。物理共混法是把具有不同性能的多种材料通过成膜时的物理共混，实现“有利性能”的结合。表面接枝法形成的亲水层与本身基膜之间是以共价键连接作用的，与表面涂覆等方法相比，表面接枝法对膜的亲水性和抗污染性改性更加持久、稳定。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜的制备方法及应用，该方法制备的聚醚砜膜与现有聚醚砜膜比较，其亲水性和抗污染性都得到了显著提升。

技术方案：本发明提供了一种高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将两端以4-氰基戊酸二硫代苯甲酸封端的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物即大分子链转移剂CPADB-F127-CPADB、引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸加入到反应器中，之后加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺，利用双排管除去反应器中的氧气，在氮气保护条件下搅拌反应，制得两端以丙烯酸封端的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，简记为PAA-F127-PAA，其结构式如下：

步骤2：将基膜材料聚醚砜、添加剂PAA-F127-PAA加入溶剂中，在20～60℃下搅拌2～12h配制得到铸膜液，静置脱泡4～12h后对铸膜液进行刮膜，在20～60℃凝固浴中成膜，得到共混了PAA-F127-PAA的聚醚砜膜，简记为PES/PAA-F127-PAA膜；

步骤3：第一步，将引发剂(2-乙基(2-溴-2-甲基丙酰氨基))叔丁基氨基甲酸、单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯、催化剂CuBr₂、配合物五甲基二乙烯三胺和还原剂抗坏血酸溶于二氧六环中，在无氧条件下反应制得2-溴甲基-4-((2-((叔丁氧羰基)氨基)乙基)氨基)-2,3,3-三甲基-4-氧代丁酸2-二甲基氨基，简记为Boc-PDMAEMA；第二步，将Boc-PDMAEMA溶于四氢呋喃中，加入过量1，3-丙烷磺内酯，室温反应得到11-溴甲基-2,2,10,10,11,16,16-七甲基-4,9,12-三氧代-3,13-二氧杂-5,8,16-三氮杂十八烷-16--19-磺酸盐，简记为Boc-PDMAPS；第三步，将Boc-PDMAPS加入过量2～3mol/L盐酸，搅拌反应，提纯得到3-((2-((2-(氨基乙基)氨基)-2-溴甲基-2,3,3-三甲基-4-氧代丁酰基)氧基)乙基)二甲基氨基)丙烷-1-磺酸盐，简记为NH₂-PDMAPS，其结构式如下：

步骤4：以PES/PAA-F127-PAA膜为基膜，把基膜浸置于活化混合液中，之后将基膜取出，移至NH₂-PDMAPS浓度为1～5g/L的pH＝7.2～7.6的磷酸缓冲盐溶液中，在室温下反应，制得表面接枝了NH₂-PDMAPS的共混改性聚醚砜膜，简记为PES/PAA-F127-PAA/NH₂-PDMAPS膜。

其中：

步骤1中以摩尔比计，CPADB-F127-CPADB：偶氮二异丁腈：丙烯酸＝1：0.3～0.8：300～800，丙烯酸在溶剂N,N-二甲基甲酰胺中的浓度为0.8～1.5mol/L。

步骤1所述的搅拌反应的温度为50～90℃，搅拌时间为4～24h。

步骤2所述的铸膜液中基膜材料聚醚砜的浓度为10wt％～18wt％，PAA-F127-PAA的浓度为0.05wt％～0.9wt％，剩余部分为溶剂。