[发明专利]聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜的制备方法，以芳香族多元胺单体分子，醛类化合物，二羰基化合物为反应原料，在酸性水溶液中缩聚形成咪唑基纳米粒子，再向其碱性水分散液中添加多巴胺，通过氧化聚合得到聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子，最后在多孔超滤膜上通过表面涂覆—界面交联法制备复合纳滤膜。本发明所制备的聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜兼具有高渗透选择性和强抗污染稳定性，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离领域，尤其涉及一种聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜的制备方法。

背景技术

随着人类社会工业化进程的加快以及人口数量的急剧增加所带来的环境污染和水资源短缺等问题日益凸显。膜分离作为一种高效、环保、节能的新型分离技术已在水质净化、废水处理、化工分离，以及资源性物质回收利用等领域得到了越来越广泛的应用。纳滤作为一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，具有操作压力低、无化学反应、无相变、分离高效等优点，已经成为当今膜分离技术研发的热点之一。纳滤膜一般为高分子复合膜，由活性分离层和力学支撑层组成。高分子复合纳滤膜可采用不同的方法如溶液涂敷法、原位聚合法、表面接枝法和界面聚合法等将活性分离层负载于多孔支撑层上复合成膜。虽然我国在纳滤膜材料与纳滤膜的制备及应用等领域已经取得了系列研究成果，但在面对日益复杂的实际应用体系时，对纳滤膜综合性能即渗透选择性、结构稳定性和耐污染性均提出了更高的要求，因此，亟需开发综合性能优异的复合纳滤膜以应对复杂多变的分离体系。

随着纳米技术的快速发展，新型高性能的纳米材料不断涌现，构建高性能纳米基元分离膜逐渐引起了广大学者的研究兴趣。现已有大量报道将无机纳米材料如沸石分子筛、SiO₂、TiO₂、CNT、GO和MOF等引入聚合物膜中，制备混合基质分离膜(J.Membr.Sci.2007,294,1-7；Prog.Chem.,2014,26,2007-2018；J.Membr.Sci.,2019,581,321-330)，纳米材料的引入在不同程度上提高了膜的水渗透性和耐污染性能。然而，无机纳米材料的合成、分散稳定性及以其为纳米基元直接构筑成膜的方法较复杂，且所得膜结构和性能不易控制等问题，都极大地限制了其规模化生产和应用。因此，急需开发一种分散性好、具有强亲水性和抗污染性的新型纳米材料，且可通过简便可控的成膜方法制备综合性能优异的复合纳滤膜，该纳米基元复合膜的制备将具有重要的研究价值和应用前景。

本发明提出了一种以聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子为基元材料构筑复合纳滤膜的制备方法，即首先以芳香族多元胺单体分子，醛类化合物，二羰基化合物为反应原料，在酸性水溶液中缩聚制备咪唑基纳米粒子。此外，受仿生贻贝粘附作用的启发，研究发现聚多巴胺通过强共价键和非共价键作用，可以在无机/有机材料表面进行粘附改性(J.Membr.Sci.2014,457,73-81；J.Membr.Sci.2015,476,10-19)。基于以上分析，我们将多巴胺引入到咪唑基纳米粒子碱性水分散液中，通过氧化聚合得到聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子。最后在多孔超滤膜上通过表面涂覆—界面交联法制备复合纳滤膜。聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子具有良好的水分散性，强亲水性和抗污染性，且纳米粒子间可以形成有利于水分子传输的纳米通道，由此所构筑的纳米复合膜可望获得高渗透选择性和抗污染性；同时，聚多巴胺的强粘附作用增强了纳米粒子与支撑膜间的作用，再经过界面交联，可进一步加强膜的稳定性，使所得纳米复合膜能够更好地满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜的制备方法。

本发明的技术方案是：聚多巴胺修饰咪唑基纳米粒子复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将0.02～0.5质量份的芳香族多元胺单体分子溶解于100质量份的酸性水溶液中，然后将0.02～0.2质量份的醛类化合物和0.2～0.6质量份的二羰基化合物加入到上述酸性水溶液中混合均匀，在60～120℃下缩聚反应1～72小时，经过离心、去离子水洗涤、冷冻干燥得到咪唑基纳米粒子粉末；