CN110563087B - 一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法 - Google Patents

一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，饮用水袋由两张正渗透膜封口制得，正渗透膜组成的水袋内灌装汲取液，正渗透膜由层层自组装法制备，水袋外侧为正渗透膜活性层，水袋内侧为支撑层，朝内与汲取液接触，本发明仅靠跨膜渗透压差提供的驱动力制备符合饮用标准的饮用水，具有节能经济的特点，在保证对有机污染物、重金属离子有效截留的前提下，产水稳定，水通量可达1.7‑3.5L/(m2·h)。为终端用户在缺乏物资救援、缺少清洁水源的应急情况，如自然灾害、意外险情、野外生存等应急情况下，提供安全、口感佳饮用水的解决方案，提供符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749‑2006)的净水。

Description

一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备 方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及正渗透膜技术，尤其是一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法。
背景技术
水是一切生命赖以生存的重要自然资源和环境要素。饮水安全直接关系到人的身心健康和生命安全。在缺少清洁水源的应急情况(自然灾害、意外险情、野外生存等)下，饮水安全更显得尤为重要。各种应急情况往往面临缺乏能源供给的状况，不需要外加驱动力、就地处理而生产净水的技术就凸显出自身的优势，用户在无需等待物资救援的情况下即可轻松获得安全、口感佳的饮水。
正渗透是具有优势的净水技术之一。利用正渗透膜两侧溶液渗透压差，溶剂(通常为水)从低渗透压侧(原料液)向高渗透压侧(汲取液)流动，利用膜的选择透过性，达到分离水和水中污染物的目的。与其他水处理膜工艺相比，正渗透是完全自发的过程，具有能耗低的特点。正渗透低压模式运行及正渗透膜材料的荷电亲水特性有效减少了膜不可逆污染的产生，也降低了膜清洗费用和化学清洁剂对环境造成污染的风险。目前正渗透技术的主要研究热点集中在正渗透膜制备、浓差极化消除及模型建立、新型汲取液开发及正渗透技术应用等方面。相转化法制备的三醋酸纤维素(CTA)膜和界面聚合法制备的聚酰胺(PA)膜是比较成熟的FO膜产品，美国HTI公司利用正渗透膜开发了一系列应急水袋产品应用于航天、军事及民用领域，美国Sterlitech公司研发了镶嵌水通道蛋白的仿生正渗透膜，但商业正渗透膜及周边产品价格昂贵，且国内尚未有成熟的正渗透膜产品占有市场份额。此外，膜污染仍是任何膜过程亟待解决的难题，膜污染产生的根源是由于水体中污染物由于物理、化学作用在膜表面吸附沉积，最直接的影响是引起膜的水通量下降、破坏膜结构、缩短膜的使用寿命。因此，膜表面改性，控制污染物与膜表面之间界面作用，是提高膜性能的重要手段之一。
发明专利CN103172186A一种提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋及其制作方法，所述净水袋由三醋酸纤维素(CTA)的正渗透膜界面和隔水界面将水袋内部分隔成三个独立腔室，依次为原溶液腔、汲取液腔、净水腔。前两者借助渗透压差就可获取安全淡水资源，后者为净水储存空间。所述水袋采用NaCl溶液为汲取液，对于0.16m×0.24m正渗透膜面积，饮用水生产量达到0.2-0.5L/h。然而，所述水袋仅能通过汲取液浓度调控产净水速度，且三醋酸纤维素正渗透膜制备过程中使用了二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮、1,4-二氧六环或丙酮等具有毒性有机溶剂，制膜过程不环保且有机溶剂易在成膜中残留。非专利正渗透应急水袋膜材料制备(DOI:10.3981/j.issn.1000-7857.2015.14.007)涉及一种基于无纺布支撑三醋酸纤维素正渗透膜应急水袋，0.5mol/L NaCl汲取液条件下，膜水通量达到8.77L/(m2·h)，对于重金属离子Pb(II)、Hg(II)的截留率分别超过90％，但制膜过程中仍使用了1,4-二氧六环和丙酮有机溶剂，缺点如上所述。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋，利用层层自组装法操作灵活简便、成膜材料丰富、成膜结构可控、绿色环保等特点，并充分发挥正渗透过程自发进行的特点，在保证分离效果的前提下，仅靠跨膜渗透压差提供的驱动力制备符合饮用标准的饮用水，具有节能经济的特点。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，所述饮用水袋由两张正渗透膜封口制得，正渗透膜组成的水袋内灌装汲取液，正渗透膜由层层自组装法制备，水袋外侧为正渗透膜活性层，水袋内侧为支撑层，朝内与汲取液接触，所述的正渗透膜层层自组装法具体方法步骤如下：
⑴层层自组装正渗透膜的制备：配置阳、阴离子聚电解质铸膜液，以超滤膜为基膜，阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法，在超滤膜上交替沉积多层阳、阴离子聚电解质铸膜层，所述的超滤膜即为支撑层；
⑵正渗透膜活性层的制备：所述的正渗透膜活性层为阴、阳离子聚电解质多层或为进一步修饰的非聚电解质型高分子聚合物层，该非聚电解质型高分子聚合物为聚多巴胺、单宁酸、聚乙烯醇；
⑶层层自组装正渗透应急饮用水袋的制备：将阳、阴离子聚电解质铸膜层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，正渗透膜活性层朝外、支撑层朝内重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备。
而且，所述的静态交替沉积层层自组装方法，具体的，先将超滤膜基膜的活性层用去离子水充分润洗后用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，先将阳离子聚电解质铸膜液倾倒于超滤膜活性层上，沉积后，将阳离子聚电解质铸膜液从模具中去除，去离子水润洗超滤膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质全部被冲洗掉，吹干，形成阳离子聚电解质铸膜层；然后在阳离子聚电解质铸膜层外侧沉积阴离子聚电解质铸膜液，沉积后，去离子水润洗、吹干，即完成阳、阴离子聚电解质铸膜液双层的构筑。
而且，所述的汲取液为蔗糖溶液。
而且，所述超滤膜可为聚砜膜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯中一种，截留分子量范围5000-100000道尔顿。
而且，所述的支撑城层为聚醚砜超滤膜无纺布支撑层。
而且，层层自组装法所需铸膜液由阳、离阴子聚电解质组成，阳、阴离子聚电解质铸膜液搅拌溶解的时间为1-12小时，其中，阳离子聚电解质为强聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵、弱电解质聚乙烯醇亚胺、聚丙烯胺盐酸盐、壳聚糖，阴离子聚电解质为强聚电解质聚苯乙烯磺酸钠或弱电解质，聚丙烯酸、海藻酸钠、聚乳酸、透明质酸之一。
而且，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液浓度为0.01g/L-10g/L。
而且，层层自组装法所需铸膜液沉积时间为10分钟-12小时。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明涉及的正渗透应急饮用水袋中的正渗透膜由层层自组装法制备，有效提高层层自组装法制备的正渗透膜分离性能、抗污染性能及稳定性，既可通过交联方式实现，也可通过活性层进一步修饰非聚电解质型高分子聚合物如聚多巴胺、单宁酸、聚乙烯醇。
2、本发明的正渗透应急饮用水袋正渗透膜制备过程中仅使用水为溶剂，不涉及有毒有机溶剂，可选用静态层层自组装法，亦可采用动态层层自组装法、喷涂法、旋涂法制备，有操作灵活简便、成膜材料丰富、成膜结构可控、绿色环保等优点。
3、本发明设计科学合理，提供一种正渗透应急饮用水袋，仅靠跨膜渗透压差提供的驱动力制备符合饮用标准的饮用水，具有节能经济的特点，在保证对有机污染物、重金属离子有效截留的前提下，所述应急水袋产水稳定，水通量可达1.7-3.5L/(m2·h)。为终端用户在缺乏物资救援、缺少清洁水源的应急情况，如自然灾害、意外险情、野外生存等应急情况下，提供安全、口感佳饮用水的解决方案，该水袋不需要外加驱动力、就地处理即可轻松获得符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的净水。
附图说明
图1为本发明中基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋断面图；
图2为本发明中基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋正渗透膜(实施例2、3、4)FTIR-ATR图；
图3为本发明中基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋正渗透膜(实施例3、4)XPS图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，所述饮用水袋由两张正渗透膜1封口制得，正渗透膜组成的水袋内灌装汲取液3，正渗透膜由层层自组装法制备，水袋外侧为正渗透膜活性层2，水袋内侧为支撑层4，朝内与汲取液接触，所述的正渗透膜层层自组装法具体方法步骤如下：
⑴层层自组装正渗透膜的制备：配置阳、阴离子聚电解质铸膜液，以超滤膜为基膜，阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法，在超滤膜上交替沉积多层阳、阴离子聚电解质铸膜层，所述的超滤膜即为支撑层；
⑵正渗透膜活性层的制备：所述的正渗透膜活性层为阴、阳离子聚电解质多层或为进一步修饰的非聚电解质型高分子聚合物层，该非聚电解质型高分子聚合物为聚多巴胺、单宁酸、聚乙烯醇；
⑶层层自组装正渗透应急饮用水袋的制备：将阳、阴离子聚电解质铸膜层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，正渗透膜活性层朝外、支撑层朝内重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备。
而且，所述的静态交替沉积层层自组装方法，具体的，先将超滤膜基膜的活性层用去离子水充分润洗后用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，先将阳离子聚电解质铸膜液倾倒于超滤膜活性层上，沉积后，将阳离子聚电解质铸膜液从模具中去除，去离子水润洗超滤膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质全部被冲洗掉，吹干，形成阳离子聚电解质铸膜层；然后在阳离子聚电解质铸膜层外侧沉积阴离子聚电解质铸膜液，沉积后，去离子水润洗、吹干，即完成阳、阴离子聚电解质铸膜液双层的构筑。
而且，所述的汲取液为蔗糖溶液。
而且，所述超滤膜可为聚砜膜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯中一种，截留分子量范围5000-100000道尔顿。
而且，所述的支撑城层为聚醚砜超滤膜无纺布支撑层。
而且，层层自组装法所需铸膜液由阳、离阴子聚电解质组成，阳、阴离子聚电解质铸膜液搅拌溶解的时间为1-12小时，其中，阳离子聚电解质为强聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵、弱电解质聚乙烯醇亚胺、聚丙烯胺盐酸盐、壳聚糖，阴离子聚电解质为强聚电解质聚苯乙烯磺酸钠或弱电解质，聚丙烯酸、海藻酸钠、聚乳酸、透明质酸之一。
而且，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液浓度为0.01g/L-10g/L。
而且，层层自组装法所需铸膜液沉积时间为10分钟-12小时。
实施例1
正渗透膜的制备：配制含2g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含1g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质6层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将1g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积1g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阳、阴离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上三层阳、阴离子聚电解质双层的组装。将上述基于层层自组装法制备，经壳聚糖、海藻酸钠修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述三层阳、阴离子聚电解质双层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入1mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用刚果红(摩尔质量为696.68g/mol)为模拟有机污染物，将制备好的应急水袋置于20mg/L刚果红模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋最高产水速率为2.2L/(m2·h)，对刚果红的截留率为99.95％。
实施例2
正渗透膜的制备：配制含2g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含2g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质6层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将2g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积2g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阳、阴离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上三层阳、阴离子聚电解质双层的组装。将上述基于层层自组装法制备，经壳聚糖、海藻酸钠修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述三层阳、阴离子聚电解质双层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入1mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用橙黄Ⅱ(摩尔质量为350.32g/mol)为模拟有机污染物，将制备好的应急水袋置于20mg/L橙黄Ⅱ模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋产水最高速率为2.6L/(m2·h)，对橙黄Ⅱ的截留率为61.42％。
实施例3
配制含2g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含2g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质6层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将2g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积2g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阳、阴离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上三层阳、阴离子聚电解质双层的组装。
将3g/L单宁酸铸膜液倾倒于上述实施例2中层层组装法制备的正渗透膜活性层沉积20分钟后，将单宁酸铸膜液从模具中去除，用压缩氮气吹干，在此基础上将1g/L的FeCl3水溶液倾倒于修饰单宁酸膜活性层沉积2小时，将FeCl3铸膜液从模具中去除，FeCl3中Fe3+与单宁酸形成配位作用，进一步修饰实施例2中所述正渗透膜活性层。将成膜活性层用去离子水反复冲洗，直至未反应的单宁酸及Fe3+完全冲洗掉。将上述基于层层自组装法制备，经壳聚糖、海藻酸钠、单宁酸修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述三层阳、阴离子聚电解质双层、单宁酸、Fe3+修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入1mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用橙黄Ⅱ(摩尔质量为350.32g/mol)，氯化铜为模拟污染物，将制备好的应急水袋置于含20mg/L橙黄Ⅱ、2mg/L CuCl2模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋最高产水速率分别为2.9L/(m2·h)、3.4L/(m2·h)，对橙黄Ⅱ、铜离子的截留率分别为99.79％、76.6％。
实施例4
配制含2g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含2g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质6层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将2g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积2g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阳、阴离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上三层阳、阴离子聚电解质双层的组装。
将3g/L单宁酸铸膜液倾倒于上述实施例2中层层组装法制备的正渗透膜活性层沉积20分钟后，将单宁酸铸膜液从模具中去除，用压缩氮气吹干，在此基础上将1g/L的FeCl3水溶液于修饰单宁酸层沉积2小时，将FeCl3铸膜液从模具中去除，FeCl3中Fe3+与单宁酸形成配位作用，进一步修饰实施例2中所述正渗透膜活性层。将成膜活性层用去离子水反复冲洗，直至未反应的单宁酸及Fe3+完全冲洗掉。经壳聚糖、海藻酸钠、单宁酸修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述三层阳、阴离子聚电解质双层、单宁酸、Fe3+修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入2mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用橙黄Ⅱ为模拟有机污染物，将制备好的应急水袋置于含20mg/L橙黄Ⅱ模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋最高产水速率为3.5L/(m2·h)，对橙黄Ⅱ的截留率为97.72％。
实施例5
正渗透膜的制备：配制含1g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含1g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质6层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将1g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积1g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阴、阳离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上三层阴、阳离子聚电解质双层的组装。将上述基于层层自组装法制备，经壳聚糖、海藻酸钠修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述三层阴、阳离子聚电解质双层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入1mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用活性黑5(摩尔质量为991.82g/mol)为模拟有机污染物，将制备好的应急水袋置于10mg/L活性黑5模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋最高产水速率为1.7L/(m2·h)，对活性黑5的截留率为99.99％。
实施例6
配制含1g/L壳聚糖1％的醋酸溶液为阳离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L；配制含1g/L海藻酸钠水溶液为阴离子聚电解质铸膜液，用NaCl调节铸膜液盐背景浓度为0.1mol/L。以截留分子量20000道尔顿聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，所述阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法(浸涂层层自组装方法)在超滤膜活性层沉积聚电解质10层。
具体的，先用去离子水将超滤膜基膜活性层保护液冲洗干净，将超滤膜活性层用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，依次将1g/L阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液倾倒于超滤膜活性层沉积30分钟后，将阳离子聚电解质壳聚糖铸膜液从模具中去除，去离子水润洗膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质壳聚糖全部被冲洗掉，然后用压缩氮气吹干后，重复上述步骤，于膜活性层进一步沉积1g/L阴离子聚电解质海藻酸钠30分钟后，用去离子水润洗吹干，至此，完成一层阴、阳离子聚电解质双层的构筑。交替重复上述过程，完成超滤膜活性层上五层阴、阳离子聚电解质双层的组装。
将1％CaCl2溶液倾倒于上述层层组装法制备的正渗透膜活性层沉积12小时后，将CaCl2溶液从模具中去除，用压缩氮气吹干，CaCl2中Ca2+与海藻酸钠形成交联作用，进一步修饰实施例2中所述正渗透膜活性层。将成膜活性层用去离子水反复冲洗，直至未反应的Ca2+完全冲洗掉。将上述基于层层自组装法制备，经壳聚糖、海藻酸钠、CaCl2修饰的正渗透膜放入去离子水中备用。
饮用水应急水袋制备：
将上述五层交联阴、阳离子聚电解质双层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，活性层朝外重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入1mol/L的蔗糖溶液汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，所制备的水袋有效面积为300cm2。
应急水袋测试：
采用亚甲基蓝(摩尔质量为319.85g/mol)为模拟污染物，将制备好的应急水袋置于含20mg/L亚甲基蓝模拟废水环境中进行水袋分离性能测试，测得水袋最高产水速率分别为2.33L/(m2·h)，对亚甲基蓝的截留率分别为24.27％。
图2为本发明中基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋正渗透膜(实施例2、3、4)FTIR-ATR图，图3为本发明中基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋正渗透膜(实施例3、4)XPS图。
上述各实施例试验结果对比如下表所示
Figure BDA0002146750580000091
Figure BDA0002146750580000101
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，其特征在于：所述饮用水袋由两张正渗透膜封口制得，正渗透膜组成的水袋内灌装汲取液，正渗透膜由层层自组装法制备，水袋外侧为正渗透膜活性层，水袋内侧为支撑层，朝内与汲取液接触，所述的正渗透膜层层自组装法具体方法步骤如下：
⑴层层自组装正渗透膜的制备：配置阳、阴离子聚电解质铸膜液，以超滤膜为基膜，阳、阴离子聚电解质铸膜液为构筑单元，采用静态交替沉积层层自组装方法，在超滤膜上交替沉积多层阳、阴离子聚电解质铸膜层，所述的超滤膜即为支撑层；
⑵正渗透膜活性层的制备：所述的正渗透膜活性层为阴、阳离子聚电解质多层或为进一步修饰的非聚电解质型高分子聚合物层，该非聚电解质型高分子聚合物为聚多巴胺、单宁酸、聚乙烯醇；
⑶层层自组装正渗透应急饮用水袋的制备：将阳、阴离子聚电解质铸膜层修饰的两张层层自组装正渗透膜活性层经去离子水润洗后，正渗透膜活性层朝外、支撑层朝内重叠放置，利用热压封口机热封两张膜三边后，从开口端注入汲取液，再用热压封口机封住开口端即完成了正渗透膜应急水袋的制备，
所述的静态交替沉积层层自组装方法，具体的，先将超滤膜基膜的活性层用去离子水充分润洗后用压缩氮气吹干固定于模具内，模具保证仅超滤膜活性层与聚电解质铸膜液接触，先将阳离子聚电解质铸膜液倾倒于超滤膜活性层上，沉积后，将阳离子聚电解质铸膜液从模具中去除，去离子水润洗超滤膜活性层直至未吸附的阳离子聚电解质全部被冲洗掉，吹干，形成阳离子聚电解质铸膜层；然后在阳离子聚电解质铸膜层外侧沉积阴离子聚电解质铸膜液，沉积后，去离子水润洗、吹干，即完成阳、阴离子聚电解质铸膜液双层的构筑，
所述的支撑城层为聚醚砜超滤膜无纺布支撑层，
所述的层层自组装法所需铸膜液由阳、离阴子聚电解质组成，阳、阴离子聚电解质铸膜液搅拌溶解的时间为1-12小时，其中，阳离子聚电解质为强聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵、弱电解质聚乙烯醇亚胺、聚丙烯胺盐酸盐、壳聚糖，阴离子聚电解质为强聚电解质聚苯乙烯磺酸钠或弱电解质，聚丙烯酸、海藻酸钠、聚乳酸、透明质酸之一。
2.根据权利要求1所述的一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，其特征在于：所述的汲取液为蔗糖溶液。
3.根据权利要求1所述的一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，其特征在于：所述超滤膜可为聚砜膜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯中一种，截留分子量范围5000-100000道尔顿。
4.根据权利要求1所述的一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，其特征在于：所述阳、阴离子聚电解质铸膜液浓度为0.01g/L-10g/L。
5.根据权利要求1所述的一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法，其特征在于：层层自组装法所需铸膜液沉积时间为10分钟-12小时。
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