[发明专利]一种结构可控的复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构可控的复合纳滤膜及其制备方法，首先在去离子水中依次加入引发剂过硫酸铵、两性离子单体N,N‑二甲基(丙烯酰胺基丙基)丙烷磺酸铵、交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，得到水相；将双亲性大分子RAFT试剂溶解在甲苯中，得到油相，将油相逐滴加入水相，制得细乳液，然后加入四甲基乙二胺，得到两性离子中空纳米粒子粉末；将所得的纳米粒子粉末加入到无水哌嗪的水溶液中，得到含纳米粒子的水相；将均苯三甲酰氯溶解于正己烷中，得到油相；在聚砜底膜表面迅速倒上水相溶液，再迅速倒上油相溶液，制成结构可控的复合纳滤膜。本发明将两性离子中空纳米粒子引入膜中制备复合纳滤膜，作为水分子通道提高膜的水渗透通量。

技术领域

本发明涉及纳滤膜技术领域，尤其涉及一种引入两性离子中空纳米粒子的结构可控的复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤膜(Nanofiltration Membranes，NF)是80年代末期问世的一种新型分离膜，其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤膜分离是在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效的截留二价及高价离子，作为新兴的分离膜材料在近三十多年来获得了极其迅速的发展，已应用于海水淡化、废水处理、饮用水净化、制药等领域。

近来，随着纳米科技的发展，在纳滤膜中引入不同结构的纳米材料制备薄层纳米复合(Thin-film nanocomposite membrane，TFN)膜，通过改善聚合物膜的理化特性来提高膜的综合性能备受人们关注。其中，通过掺杂纳米粒子在聚酰胺分离层中引入纳米空隙构建水通道可以增加水渗透通量，提高所需的自由体积和表面积，开创了提高膜通量的新途径，已成为膜分离领域的研究热点。比如，将二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯等纳米粒子引入膜内以提供水通道，从而构建不同类型的复合纳滤膜，来提高膜的水渗透性。但是由于无机纳米材料与聚合物基质不良的界面相容性，以及纳米材料自身结构难以调控等问题导致目前研究中所制备的含纳米材料的TFN膜结构难以精确调控，从而易造成膜结构和性能不稳定等问题。

综上所述，众多学者在通过引入纳米材料来提高纳滤膜水通量方面做了许多研究工作，并提出了多种纳米粒子改性方法，但存在界面相容性差以及膜结构不稳定难以调控等问题，因此在膜内构建高效水通道提高膜水渗透性的同时实现对膜结构和性能的调控仍是一个挑战。

发明内容

本发明针对复合纳滤膜结构难以精确调控、性能不稳定的问题，提出了一种结构可控的复合纳滤膜的制备方法。在纳滤膜聚酰胺分离层中引入结构可控的两性离子中空纳米粒子，提供水通道以提高水渗透性，通过改变纳米粒子的粒径大小，核/壳比和交联度制备结构可控的复合纳滤膜，实现对复合纳滤膜的结构和性能的调控。同时因为引入的纳米粒子的两性离子单体具有温敏性，因此制备的复合纳滤膜具有一定的温度响应行为。

本发明采用的技术方案如下：

一种结构可控的复合纳滤膜的制备方法，包含以下步骤：

1)制备结构可控的两性离子中空纳米粒子：

1.1)在去离子水中依次加入引发剂过硫酸铵(APS)、两性离子单体N,N-二甲基(丙烯酰胺基丙基)丙烷磺酸铵(DMAAPS)、交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGD)混合，磁力搅拌至均匀溶解，得到水相；所述去离子水、过硫酸铵、N,N-二甲基(丙烯酰胺基丙基)丙烷磺酸铵、聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为1：0.01-0.03：0.1-0.5：0.01-0.05；

1.2)将自制的双亲性大分子RAFT试剂(PSt-co-PDMAAPS-RAFT，RAFT)，吐温80(Tween 80)和司班80(Span 80)溶解在甲苯中，磁力搅拌至均匀溶解，得到油相；所述甲苯、RAFT试剂、吐温80和司班80的质量比为1：0.03-0.09：0.001-0.002：0.001-0.009；