[发明专利]具有图案表面的聚酰胺纳滤膜及制备方法

说明书

本发明提供一种具有图案表面的聚酰胺纳滤膜，其由支撑基膜和具有图案表面的聚酰胺分离层复合而成；该聚酰胺分离层界面缩聚在支撑基膜表面，聚酰胺分离层表面具有图案；通过对界面聚合反应体系和工艺参数微调控，调整初生聚合物薄膜微结构及分离层生长过程，在多孔基膜表面诱导出具有图案形貌的聚酰胺表面，该图案化表面赋予纳滤膜良好的分离性能；制膜方法简单，便于在连续工业生产中实现，预期在废水分盐资源化、海水淡化及饮用水净化方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有图案表面的聚酰胺纳滤膜及制备方法。

背景技术

近年来，膜分离技术得到许多国家的高度重视，因此也得到了迅速发展。纳滤膜是在反渗透膜基础上发展起来的一种新型分离膜，其分离性能和操作压力介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤膜由于具有在较低的操作压力下具有较高水通量和高截留率等优点，尤其对多价离子和相对分子量为200～1000道尔顿的小分子有机物具有良好的截留效果，因此在水处理，食品和生物医药等领域获得了广泛的应用。开发高性能的新型纳滤膜对纳滤技术的推广和应用十分关键和必要。

纳滤膜的制备工艺主要包括L-S相转化法、转化法、共混法、层层自组装法和复合法等，其中，复合法，尤其是界面聚合法是目前制备复合膜最常用的方法，目前商业上通用的复合纳滤膜多是通过多元胺和多元酰氯之间的界面缩聚反应制备而成。

尽管纳滤技术已经取得巨大进步，但由于界面聚合反应速率极快，复合层结构(包括形貌，交联度，膜厚等)可控性较差，目前纳滤膜仍然存在着高通量和高选择性不能兼顾的问题。纳滤膜中的分离层过于致密或过厚均会显著降低盐选择性和膜通量。因此，如何同时提高纳滤膜选择性和通量是分离膜制备领域的一个重要问题。

目前关于提高纳滤膜选择性和通量的报道大体可分为三类：1)从分子设计角度出发，设计出亲水性更好、交联度可控的复合层。主要方法为设计或遴选亲水性更好、荷电性更强、自由体积更大、分子链运动性能更强的两相单体或添加剂；2)制备混合基质膜，即在两相溶液中添加无机添加剂，主要为二氧化硅纳米粒子、碳纳米管、纤维素纳米晶、氧化石墨烯等，利用其自身的特殊通道或形成的相界面提高膜通量；3)构建中间层，主要方法有在基膜表面构建平整的亲水性中间层，通过孔径较小的亲水性中间层调控界面缩聚反应，降低分离层厚度，提高水通量和截留率。

中国专利CN107837689A提供了一种具有超薄分离层的复合纳滤膜制备方法，通过在水相中加入多元醇大分子和交联剂获得了超薄的分离层，但是由于其使用了添加剂，增加了制膜工艺的复杂程度，并且超薄的分离层因耐久性较差而限制其实际应用。

最近，中国专利CN108079806A提供了一种聚酰胺半透膜制备方法，通过在水相中添加极性大分子和诸多添加剂获得了表面具有图灵结构的聚酰胺半透膜，证实表面图案化有利于提升纳滤膜分离性能，为聚酰胺复合膜表面结构设计、提升膜性能提供了有益借鉴。

中国专利CN102219673B提供了一种荷正电复合纳滤膜及其制备方法，通过合成3,3′,5,5′-四酰氯二苯甲烷作为有机相单体，以甲苯为有机相溶剂获得了荷正电纳滤膜。可见，特定的反应体系中，通过调控有机相溶剂理化性质可有效调控分离膜结构和性能。

以上方法均为突破纳滤膜水通量和选择性之间的Trade-off效应提供了有益指导，在一定程度上提高了纳滤膜的分离性能，但其存在化学合成过程复杂、化学药品用量大、结构不稳定及经济性较差等不足，因此限制其规模化应用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种具有图案表面的聚酰胺纳滤膜及制备方法，通过对多元胺与多元酰氯在多孔支撑基膜表面界面缩聚反应体系和工艺参数微调控，调整初生聚合物薄膜微结构及分离层生长过程，在多孔基膜表面诱导出具有图案化形貌的聚酰胺表面，该图案化表面能够赋予纳滤膜良好的分离性能。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。