[发明专利]一种微相扩散控制界面聚合制备超薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微相扩散控制界面聚合制备超薄膜的方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

微污染水体的处理目前广受关注，传统的混凝、沉淀、过滤、消毒处理工艺对此类水源的处理效果较差。在饮用水处理技术的更新换代中，纳滤膜技术以其出水效果好，能耗低，可去除痕量除草剂、消毒副产物、重金属和部分硬度等优点，已经成为目前处理微污染水体的优选技术。

目前制备商业复合纳滤膜最常用的方法是界面聚合法。对于界面聚合法制备的膜来说，其性能主要取决于分离层的性质、微结构及表面性质，其中分离层的交联度及厚度是影响膜性能最关键的两个因素。分离层的厚度决定膜的传质阻力，因此厚度越薄，通量越大。交联度则决定膜的致密程度，交联度越高，截留率越高，通量则越低。因此制备具有适当交联度的超薄分离层是获得高性能聚酰胺纳滤膜的关键所在。

界面聚合是将两种反应单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中，在两相界面处进行不可逆的缩聚反应，传统界面聚合过程是水相反应单体从水相向有机相溶解-扩散的过程，分为体相扩散和后扩散两步。在两相接触瞬间，两相单体在界面处迅速反应形成一层致密层，这一致密层起主要的分离作用，此阶段是水相单体向有机相的体相扩散控制的。随后，未反应的水相单体继续扩散穿过致密层，进入有机相，和有机相单体继续反应形成一层较厚的疏松分离层，这一阶段为后扩散阶段。对于所形成的膜来说，致密层的厚度通常在15-30nm，疏松层的厚度可以达到几十到几百纳米，因此降低膜厚度的关键是如何控制体相扩散并消除后扩散。本发明提出可将体相反应溶液分散为微相的液滴，使体相扩散转变为微相扩散，并消除后扩散过程的界面聚合新方法。本法首先通过高速气流喷射分别将含反应单体的两相溶液分散成微纳米尺度液滴，由于每个液滴所含有的反应物质数量有限，在体相扩散过程即可完全反应，从而消除后扩散的发生，大大降低了聚酰胺层的厚度。为了提高膜的交联度，将膜进行后交联处理，使未反应的基团发生交联反应，形成内部网络结构，可增加膜的致密程度和结构稳定性。

发明内容

本发明目的在于提出一种微相扩散控制界面聚合制备超薄膜的方法，并将其用于纳滤领域，显示出了超高通量。该方法包括以下步骤：

(1)将活性胺单体、活性酰氯单体分别溶解在水中和有机溶剂中，搅拌一段时间，分得到水相溶液和油相溶液，待用；

(2)将多孔支撑体固定在载膜器的载膜盘上，调节电机转速至恒定；

(3)分别将水相溶液、油相溶液置于各自的压力桶内；

(4)在压力下，将水相溶液喷涂至多孔支撑体表面；

(5)在压力下，将油相溶液喷涂至步骤(4)多孔支撑体表面，使油相中单体与水相中单体发生反应，生成单层聚酰胺分离层；

(6)重复(4)-(5)步骤，在支撑体表面形成多层聚酰胺分离层；

(7)将喷涂完毕的聚酰胺膜取下，放入烘箱内烘干后取出，在戊二醛水溶液(优选浓度0.2g/L)中浸泡24小时取出，用去离子水冲洗，保存在去离子水中待用。

将上述聚酰胺膜进行纳滤性能测试，测试条件为:原液组成10mg/L的腐殖酸/水体系，测试温度为35℃，测试压力为0.5MPa。

在本发明中，水相中单体活性胺单体为间苯二胺、邻苯二胺、二乙烯三胺、哌嗪，聚乙烯亚胺、三乙醇胺中的一种或几种组合，一般单体浓度为0.02wt％-4wt％；所述油相中单体活性酰氯单体为均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯中的一种或几种组合，一般单体浓度为0.02wt％-1wt％。

在本发明中，所述油相溶剂即有机溶剂为正己烷、环己烷、庚烷、辛烷、葵烷、甲苯、苯中的一种或几种组合。

在本发明中，所述的多孔支撑体为微滤膜、超滤膜或纳滤膜；所述的支撑体材料为有机聚合物，可以为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、壳聚糖、聚乙烯、聚丙烯腈或聚碳酸酯等。

本发明中，多孔支撑体的预处理方法为：先将多孔支撑体浸入30wt％浓度的乙醇溶液中2h，然后取出用大量去离子水冲洗干净，抽真空4h，将膜孔中空气抽出，然后在常温环境中晾干待用。