CN112108020A - 一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用 - Google Patents
一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用,所述制备方法包括:(1)用活化剂对聚酰胺基膜进行活化,得到活化聚酰胺基膜;(2)用氨基化合物对步骤(1)得到的活化聚酰胺基膜进行接枝,得到所述聚酰胺纳滤膜。所述制备方法具有工艺简单、操作方便等优点;制备得到的聚酰胺纳滤膜一方面表面大孔数少,平均孔径小,且对有机小分子的截留率高;另一方面电负性低、对一价无机盐的截留率低;所述聚酰胺纳滤膜还具有优异的耐碱溶胀性能和化学稳定性,工业化应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于分离膜技术领域,具体涉及一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺纳滤膜由于其制备工艺简单、孔径小、水渗透通量高、抗污染性强等优势,成为目前工业应用最为成功的纳滤膜,已被广泛应用于饮用水处理、废水资源化、生物产品脱色、小分子脱盐等领域。采用间苯二胺或哌嗪与均苯三甲酰氯单体在油水两相界面发生快速聚合,在聚砜超滤膜基底上形成一层一微米以下的超薄聚酰胺分离层进而形成聚酰胺纳滤膜,但是由于分离层表面残余的酰氯基团会在膜片洗涤阶段或使用过程中水解成羧基,导致膜表面的交联度和分离层孔径分布不均,造成有机小分子截留率下降;同时使聚酰胺纳滤膜表膜面具有较高的负电性,增加了无机盐的截留率;因此,在分离分子量小于300Da的有机小分子和一价盐时效果不佳。
对纳滤膜进行改性是提高其分离选择性的常用手段,目前大部分的纳滤膜改性技术都集中在对纳滤膜进行表面电荷调控,来提高其对无机盐的截留率。CN109692585A公开了一种纳滤膜表面改性方法,所述纳滤膜的聚哌嗪酰胺分离层与含环氧基团的铵盐反应,使得所述含环氧基团的铵盐中的环氧基团与膜面氨基发生共价连接,提高了纳滤膜的亲水性和荷正电性,增加了纳滤膜对二价阳离子的截留率。但是这种改性后的纳滤膜对于分离分子量小于300Da的有机小分子和一价盐的效果仍有待提高。CN110026091A公开了一种离子液体改性的荷正电纳滤膜的制备方法,所述荷正电纳滤膜通过初生聚酰胺层表面残留的酰氯基团与氨基功能化离子液体进行酰胺化反应制得,得到的荷正电纳滤膜可用于盐湖卤水中的镁锂分离,具有制备方法简单,成本低廉等优势,在盐湖提锂方面具有良好的工业化应用前景。CN110052179A公开了一种抗污染复合纳滤膜的制备方法,所述抗污染纳滤膜通过将主链中含有醚键的非离子类亲水基聚合物与初生的聚酰胺纳滤膜表面残余酰氯基团发生共价连接制备而成,改性纳滤膜表面光滑、粗糙度降低、表面残留羧基数量减少,大幅提高了纳滤膜的抗污染性能和对于有机小分子的截留率。上述两种纳滤膜改性方法都是通过改变膜表面电荷或亲水性,进而提高纳滤膜的分离效率,但是改性后的聚酰胺纳滤膜在pH大于11的碱性环境下仍会发生溶胀,经碱清洗后对有机小分子的截留率会发生显著下降,同时小分子污染物容易进入纳滤膜孔内对其形成不可逆污染。
因此,开发一种具有耐碱溶胀性能和化学清洗稳定性的聚酰胺纳滤膜,用于提高有机小分子和一价无机盐的分离选择性,具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用,通过对聚酰胺基膜专一性活化、接枝氨基化合物等步骤,得到了一种耐碱溶胀性能和化学清洗稳定性优异的聚酰胺纳滤膜,所述聚酰胺纳滤膜有助于提高有机小分子和一价无机盐的分离选择性,满足工业化应用。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,所述制备方法包含如下步骤:
(1)用活化剂对聚酰胺基膜进行活化,得到活化聚酰胺基膜;
(2)用氨基化合物对步骤(1)得到的活化聚酰胺基膜进行接枝,得到所述聚酰胺纳滤膜。
本发明提供的一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,所述制备方法的具体步骤如图1所示:其中,1代表聚酰胺基膜,2代表活化聚酰胺基膜,3代表聚酰胺纳滤膜;首先利用活化剂对聚酰胺基膜1上的羧基进行专一性活化,得到活化聚酰胺基膜2,再接枝氨基化合物,最终制得聚酰胺纳滤膜3。整个制备过程工艺简单,操作方便;制得的聚酰胺纳滤膜具有优异的耐碱溶胀性能和化学清洗稳定性,有助于提高有机小分子和一价无机盐的分离选择性。
优选地,所述聚酰胺基膜包含支撑膜,以及设置于所述支撑膜表面的聚酰胺层。
优选地,所述聚酰胺基膜的截留分子量为100~500Da,例如120Da、140Da、160Da、180Da、200Da、220Da、240Da、260Da、280Da、300Da、320Da、340Da、360Da、380Da、400Da、420Da、440Da、460Da或480Da,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述支撑膜包括聚醚砜超滤膜、聚砜超滤膜或聚乙烯微滤膜中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述聚酰胺层通过多元胺和均苯三甲酰氯界面聚合制备得到。
优选地,所述多元胺包括间苯二胺和/或哌嗪。
优选地,步骤(1)所述活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的组合。
作为本发明的优选技术方案,选择1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的组合作为活化剂,有利于得到活化聚酰胺基膜,进一步得到性能优异的聚酰胺纳滤膜;采用EDC和NHS作为活化剂制备聚酰胺纳滤膜的制备过程原理图如图2所示,步骤①为EDC活化聚酰胺基膜上的羧基过程;步骤②为NHS与EDC活化后的产物结合并生成活化聚酰胺基膜的过程;步骤③为氨基化合物与活化聚酰胺基膜接枝,得到聚酰胺纳滤膜的过程,其中R3-NH2代表氨基化合物。
优选地,所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的质量比为1:(1~3),例如1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9等,进一步优选为1:(1.5~1.7)。
优选地,步骤(1)所述活化剂溶解于2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中。
优选地,所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液的pH值为3~6,例如3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8或4.9,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液的pH值为5~6。
优选地,以所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液为1L计,所述EDC的质量为0.2~1g,例如0.25g、0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g、0.55g、0.6g、0.65g、0.7g、0.75g、0.8g、0.85g、0.9g或0.95g,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,以所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液为1L计,所述EDC的质量为0.4~0.6g。
优选地,步骤(1)所述活化的时间为0.5~5h,例如0.7h、0.9h、1.1h、1.3h、1.5h、1.7h、1.9h、2.1h、2.3h、2.5h、2.7h、2.9h、3.1h、3.3h、3.5h、3.7h、3.9h、4.1h、4.3h、4.5h、4.7h或4.9h,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,步骤(1)所述活化的时间为0.8~1.2h。
优选地,步骤(1)所述活化的温度为25~50℃,例如27℃、29℃、31℃、33℃、35℃、37℃、39℃、41℃、43℃、45℃、47℃或49℃,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,步骤(1)所述活化的温度为30~40℃。
本发明中,步骤(1)所述聚酰胺基膜为经过碱性水溶液处理的聚酰胺基膜。
作为本发明的优选技术方案,所述聚酰胺基膜为经过碱性水溶液处理的聚酰胺基膜,经过碱性水溶液处理后的基膜上的酰胺基团水解成羧基,为活化剂活化提供了更多的活化位点,有利于后续氨基化合物的接枝,进而制备得到分离选择性高、分离效果优异的聚酰胺纳滤膜。
优选地,所述碱性水溶液的pH值为10~11.5,例如10.2、10.4、10.6、10.8、11、11.2或11.4,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述碱性水溶液的pH值为10.8~11.2。
优选地,所述碱性水溶液处理的时间为0.5~3h,0.7h、0.9h、1.1h、1.3h、1.5h、1.7h、1.9h、2.1h、2.3h、2.5h、2.7h或2.9h,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述碱性水溶液处理的时间为0.8~1.2h。
优选地,所述碱性水溶液处理的温度为25~35℃,例如26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃或34℃,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述碱性水溶液处理的温度为28~32℃。
优选地,步骤(2)所述氨基化合物包括正丙醇胺、1,3-丙二胺、葡萄糖胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚谷氨酸或壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述氨基化合物的分子量为75~10000Da,例如100Da、200Da、400Da、600Da、800Da、1000Da、1200Da、1600Da、1800Da、2000Da、2200Da、2500Da、2700Da、3000Da、3500Da、4000Da、4500Da、5000Da、6000Da、7000Da、7500Da、8000Da、9000Da或9500Da,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值,进一步优选为500~2000Da。
优选地,步骤(2)所述接枝的时间为1~4h,例如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h或3.8h,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,步骤(2)所述接枝的时间为2h。
优选地,步骤(2)所述接枝的温度为25~50℃,例如27℃、29℃、31℃、33℃、35℃、37℃、39℃、41℃、43℃、45℃、47℃或49℃,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,步骤(2)所述接枝的温度为35~40℃。
优选地,步骤(2)所述氨基化合物溶解于磷酸缓冲液中。
优选地,所述磷酸缓冲液的pH值为4~7,例如4.2、4.4、4.6、4.8、5、5.2、5.4、5.6、5.8、6、6.2、6.4、6.6,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,所述磷酸缓冲液的pH值为5.5~6.5。
优选地,以所述磷酸缓冲液为1L计,所述氨基化合物的质量为0.2~1g,例如0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g或0.9g,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地,以所述磷酸缓冲液为1L计,所述氨基化合物的质量为0.2~0.6g。
优选地,所述制备方法具体包括如下步骤:
(1)将聚酰胺基膜置于pH值为10~11.5的碱性水溶液中25~35℃处理0.5~3h,得到预处理聚酰胺基膜;采用活化剂对所述预处理聚酰胺基膜在25~50℃条件下活化0.5~5h,得到活化聚酰胺基膜;所述活化剂为EDC和NHS;
(2)用氨基化合物对步骤(1)得到的活化聚酰胺基膜在25~50℃条件下接枝1~4h,得到所述聚酰胺纳滤膜,所述氨基化合物包括正丙醇胺、1,3-丙二胺、葡萄糖胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚谷氨酸或壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面,本发明提供一种聚酰胺纳滤膜,所述聚酰胺纳滤膜采用如第一方面所述的制备方法制得。
第三方面,本发明提供一种如第二方面所述的聚酰胺纳滤膜在分离还原糖和一价无机盐中的应用。
优选地,所述还原糖包括葡萄糖和/或果糖。
优选地,所述一价盐包括氯化钾和/或氯化钠。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的聚酰胺纳滤膜的制备方法中,通过对聚酰胺基膜活化处理和接枝氨基化合物等操作,得到聚酰胺纳滤膜,所述制备方法工艺简单、操作方便;制得的聚酰胺纳滤膜表面大孔数少,平均孔径小,对有机小分子的截留率高;电负性低,对无机盐的截留率低,同时还具有优异的耐碱溶胀性能和化学稳定性。本发明所述制备方法制备得到的聚酰胺纳滤膜对于葡萄糖和氯化钾的分离因子为2.5~4.4,相比于现有技术中使用聚酰胺纳滤膜分离葡萄糖和氯化钾的分离因子提高了56~175%;总体而言,对有机小分子和一价无机盐的选择分离选择性可以提高20~100%,具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的制备方法的具体步骤示意图;
图2为采用EDC和NHS作为活化剂制备聚酰胺纳滤膜的制备过程原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,具体步骤如下:
(1)将截留分子量为300Da的XN45(TrisepTM)聚酰胺基膜置于pH值为11的氢氧化钠水溶液中30℃处理1h,清洗,得到预处理聚酰胺基膜;
(2)将步骤(1)得到的预处理聚酰胺基膜置于EDC和NHS的MES缓冲液(0.1M,pH=5)中37℃处理1h;其中,MES缓冲溶液中EDC的质量浓度为0.5g/L,NHS的质量浓度为0.8g/L,得到活化聚酰胺基膜;
(3)将步骤(2)得到的活化聚酰胺基膜在分子量为1800Da聚乙烯亚胺的磷酸(PBS)缓冲液(0.1M,pH=6)中37℃处理1h,其中PBS缓冲液中聚乙烯亚胺的质量浓度为0.4g/L,得到所述聚酰胺纳滤膜。
实施例2
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,具体步骤如下:
(1)将截留分子量为200Da的NF270聚酰胺基膜置于pH值为11.5的氢氧化钠水溶液中25℃处理1h,清洗,得到预处理聚酰胺基膜;
(2)将步骤(1)得到的预处理聚酰胺基膜置于EDC和NHS的MES缓冲液(0.1M,pH=5)中37℃处理1h;其中,MES缓冲溶液中EDC的质量浓度为0.4g/L,NHS的质量浓度为0.6g/L,得到活化聚酰胺基膜;
(3)将步骤(2)得到的活化聚酰胺基膜在分子量为600Da聚乙烯亚胺的磷酸(PBS)缓冲液(0.1M,pH=6)中37℃处理2h,其中PBS缓冲液中聚乙烯亚胺的质量浓度为0.3g/L,得到所述聚酰胺纳滤膜。
实施例3
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,具体步骤如下:
(1)将截留分子量为300Da的XN45聚酰胺基膜置于pH值为10.5的氢氧化钠水溶液中35℃处理1h,清洗,得到预处理聚酰胺基膜;
(2)将步骤(1)得到的预处理聚酰胺基膜置于EDC和NHS的MES缓冲液(0.1M,pH=5)中37℃处理2h;其中,MES缓冲溶液中EDC的质量浓度为0.5g/L,NHS的质量浓度为0.8g/L,得到活化聚酰胺基膜;
(3)将步骤(2)得到的活化聚酰胺基膜在壳聚糖的磷酸(PBS)缓冲液(0.1M,pH=6)中37℃处理2h,其中PBS缓冲液中壳聚糖的质量浓度为0.3g/L,得到所述聚酰胺纳滤膜。
实施例4
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其与实施例1的区别仅在于聚酰胺基膜不经过步骤(1),直接进行步骤(2),其他组分用量和实验条件均与实施例1相同,得到所述聚酰胺纳滤膜。
实施例5
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其与实施例1的区别仅在于将步骤(2)中EDC和NHS的MES缓冲液替换为质量浓度为1.3g/L的EDC的MES缓冲液(0.1M,pH=5),其他组分用量和实验条件均与实施例1相同,得到所述聚酰胺纳滤膜。
实施例6
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其与实施例1的区别仅在于将步骤(2)中EDC和NHS的MES缓冲液替换为质量浓度为1.3g/L的NHS的MES缓冲液(0.1M,pH=5),其他组分用量和实验条件均与实施例1相同,得到所述聚酰胺纳滤膜。
对比例1
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其与实施例1的区别在于步骤(1)得到的预处理聚酰胺基膜不经过步骤(2),直接进行步骤(3),其他组分用量和实验条件均与实施例1相同,得到所述聚酰胺纳滤膜。
对比例2
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其与实施例1的区别在于步骤(2)得到的活化聚酰胺基膜不经过步骤(3),其他组分用量和实验条件均与实施例1相同,得到所述聚酰胺纳滤膜。
对比例3
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,直接将截留分子量为300Da的XN45聚酰胺基膜作为聚酰胺纳滤膜。
对比例4
一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,直接将截留分子量为200Da的NF270聚酰胺基膜作为聚酰胺纳滤膜。
应用例1~6
一种葡萄糖和氯化钾混合水溶液的分离方法,具体步骤如下:
采用实施例1~6得到的聚酰胺纳滤膜搭配恒通量死端过滤装置,对葡萄糖和氯化钾混合水溶液进行分离,即可得到氯化钾水溶液和葡萄糖水溶液。其中混合水溶液中氯化钾的质量浓度为5g/L,葡萄糖的质量浓度为4g/L。
性能测试:
采用恒通量死端过滤装置,将13mL葡萄糖和氯化钾混合水溶液注入有效过滤面积为4.52×10-4m2的磁力搅拌死端过滤器中,保持膜过滤设备温度恒定25℃,同时保持转速1200rpm,其中混合水溶液中氯化钾的质量浓度为5g/L,葡萄糖的质量浓度为4g/L。
(1)纯水透过系数:在恒通量53.1L·m-2·h-1条件下将去离子水不断泵入上述恒通量死端过滤装置的过滤器中(渗滤模式)并收集截留液,获得13mL的透过液后停止过滤,用透过液的体积除以所用纳滤膜的面积、过滤时间和平均跨膜压力,得到纯水透过系数。
(2)截留率和分离因子:在渗滤过滤模式中,先将13mL葡萄糖和氯化钾混合水溶液注入上述恒通量死端过滤装置的过滤器中,其中混合水溶液中氯化钾的质量浓度为5g/L,葡萄糖的质量浓度为4g/L,再以53.1L·m-2·h-1通量向过滤器中泵入13mL纯水后停止过滤;收集透过液和截留液,分别按照式Ⅰ和式Ⅱ计算分别得到葡萄糖、氯化钾的表观截留率(Robs)和分离因子(Separation factor)。
式Ⅰ中,Cp、Cr和Cf分别表示透过液、截留液和原混合水溶液中葡萄糖或氯化钾的浓度,单位为g/L。
式Ⅱ中,其中Rs为氯化钾的截留率,Rb为葡萄糖的截留率。
根据上述测试方法对实施例1~6、对比例1~4提供的制备方法得到的聚酰胺纳滤膜进行测试,测试结果如表1所示:
表1
通过表1数据可以看出,本发明提供的制备方法制备出的聚酰胺纳滤膜在保证水通量降低很少的情况下,分离选择性大幅度提高。具体而言,实施例1、3~6得到的聚酰胺纳滤膜的分离因子为2.5~4.4,相比于对比例3得到的聚酰胺纳滤膜分离因子提高了56~175%;实施例2得到的聚酰胺纳滤膜的分离因子为5.4,相比于对比例4得到的聚酰胺纳滤膜分离因子提高了145%,说明本方法提供的聚酰胺纳滤膜对于氯化钾和葡萄糖具有更高的分离选择性。
进一步,对比实施例1和实施例4可以发现,实施例1得到的聚酰胺纳滤膜具有更高的分离因子,说明其对于氯化钾和葡萄糖具有更高的分离选择性,证明了对聚酰胺基膜在活化前进行碱性水溶液预处理,使聚酰胺基膜表面羧基化,提高了最终制得的聚酰胺纳滤膜的选择分离选择性;对比实施例1和实施例5和6可以发现,实施例1得到的聚酰胺纳滤膜具有更高的分离因子,说明其对于氯化钾和葡萄糖具有更高的选择分离选择性,证明使用活化剂为EDC和NHS的组合时,更有利于聚酰胺基膜的活化和进一步接枝氨基化合物,得到的聚酰胺纳滤膜具有更高的分离选择性。
同时,本发明还限定了活化和接枝两个步骤,可以有效提高制得的聚酰胺纳滤膜对于有机小分子和一价无机盐的分离选择性,如果不经过活化步骤(对比例1)或者不经过接枝氨基化合物步骤(对比例2)制得的聚酰胺纳滤膜对于分离因子的提高很少,无法得到分离选择率高的聚酰胺纳滤膜。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明一种聚酰胺纳滤膜及其制备方法和应用的工艺方法,但本发明并不局限于上述工艺步骤,即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种聚酰胺纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述制备方法包含如下步骤:
(1)用活化剂对聚酰胺基膜进行活化,得到活化聚酰胺基膜;
(2)用氨基化合物对步骤(1)得到的活化聚酰胺基膜进行接枝,得到所述聚酰胺纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述聚酰胺基膜包含支撑膜,以及设置于所述支撑膜表面的聚酰胺层;
优选地,所述聚酰胺基膜的截留分子量为100~500Da;
优选地,所述支撑膜包括聚醚砜超滤膜、聚砜超滤膜或聚乙烯微滤膜中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述聚酰胺层通过多元胺和均苯三甲酰氯界面聚合制备得到;
优选地,所述多元胺包括间苯二胺和/或哌嗪。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的组合;
优选地,所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的质量比为1:(1~3),进一步优选为1:(1.5~1.7);
优选地,步骤(1)所述活化剂溶解于2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液中;
优选地,所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液的pH值为3~6,进一步优选为5~6;
优选地,以所述2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液为1L计,所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为0.2~1g,进一步优选为0.4~0.6g。
4.根据权利要求1~3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述活化的时间为0.5~5h,优选为0.8~1.2h;
优选地,步骤(1)所述活化的温度为25~50℃,进一步优选为30~40℃。
5.根据权利要求1~4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述聚酰胺基膜为经过碱性水溶液处理的聚酰胺基膜;
优选地,所述碱性水溶液的pH值为10~11.5,进一步优选为10.8~11.2;
优选地,所述碱性水溶液处理的时间为0.5~3h,进一步优选为0.8~1.2h;
优选地,所述碱性水溶液处理的温度为25~35℃,进一步优选为28~32℃。
6.根据权利要求1~5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述氨基化合物包括正丙醇胺、1,3-丙二胺、葡萄糖胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚谷氨酸或壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述氨基化合物的分子量为75~10000Da,进一步优选为500~2000Da;
优选地,步骤(2)所述接枝的时间为1~4h,进一步优选为1.8~2.2h;
优选地,步骤(2)所述接枝的温度为25~50℃,进一步优选为35~40℃。
7.根据权利要求1~6任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述氨基化合物溶解于磷酸缓冲液中;
优选地,所述磷酸缓冲液的pH值为4~7,进一步优选为5.5~6.5;
优选地,以所述磷酸缓冲液为1L计,所述氨基化合物的质量为0.2~1g,进一步优选为0.2~0.6g。
8.根据权利要求1~7任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括如下步骤:
(1)将聚酰胺基膜置于pH值为10~11.5的碱性水溶液中25~35℃处理0.5~3h,得到预处理聚酰胺基膜;采用活化剂对所述预处理聚酰胺基膜在25~50℃条件下活化0.5~5h,得到活化聚酰胺基膜;所述活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的组合;
(2)用氨基化合物对步骤(1)得到的活化聚酰胺基膜在25~50℃条件下接枝1~4h,得到所述聚酰胺纳滤膜,所述氨基化合物包括正丙醇胺、1,3-丙二胺、葡萄糖胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚谷氨酸或壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合。
9.一种聚酰胺纳滤膜,其特征在于,所述聚酰胺纳滤膜采用如权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。
10.一种如权利要求9所述的聚酰胺纳滤膜在分离还原糖和一价无机盐中的应用;
优选地,所述还原糖包括葡萄糖和/或果糖;
优选地,所述一价无机盐包括氯化钾和/或氯化钠。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113457449A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-01 | 中国海洋大学 | 一种具有多价/单价盐选择性的聚酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN114082309A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-25 | 北京碧水源膜科技有限公司 | 表面具有高价态电荷基团的聚磷基酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN114653225A (zh) * | 2020-12-23 | 2022-06-24 | 沃顿科技股份有限公司 | 改性的复合分离膜及其制备方法 |
CN115105961A (zh) * | 2021-03-22 | 2022-09-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 废旧反渗透膜元件的纳滤化再生方法 |
CN116143233A (zh) * | 2021-11-22 | 2023-05-23 | 沃顿科技股份有限公司 | 一种脱硼海水淡化反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104226128A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种在分离膜表面构造两性离子结构的方法及分离膜 |
CN104815567A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-08-05 | 天津大学 | 一种表面接枝聚乙烯基胺的反渗透膜及其制备方法 |
CN105457509A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 浙江大学 | 耐氯性能可再生的聚酰胺反渗透复合膜及其制备方法 |
CN109200823A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-15 | 浙江工业大学 | 一种聚乙烯亚胺修饰的原生态荷正电纳滤膜的制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-09-10 CN CN202010948108.9A patent/CN112108020B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104226128A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种在分离膜表面构造两性离子结构的方法及分离膜 |
CN104815567A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-08-05 | 天津大学 | 一种表面接枝聚乙烯基胺的反渗透膜及其制备方法 |
CN105457509A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 浙江大学 | 耐氯性能可再生的聚酰胺反渗透复合膜及其制备方法 |
CN109200823A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-15 | 浙江工业大学 | 一种聚乙烯亚胺修饰的原生态荷正电纳滤膜的制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
海玉琰著: "聚酰胺/聚醚酰亚胺复合纳滤膜的制备及其性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅰ辑)》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114653225A (zh) * | 2020-12-23 | 2022-06-24 | 沃顿科技股份有限公司 | 改性的复合分离膜及其制备方法 |
CN114653225B (zh) * | 2020-12-23 | 2023-02-28 | 沃顿科技股份有限公司 | 改性的复合分离膜及其制备方法 |
CN115105961A (zh) * | 2021-03-22 | 2022-09-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 废旧反渗透膜元件的纳滤化再生方法 |
CN115105961B (zh) * | 2021-03-22 | 2023-12-26 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 废旧反渗透膜元件的纳滤化再生方法 |
CN113457449A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-01 | 中国海洋大学 | 一种具有多价/单价盐选择性的聚酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN113457449B (zh) * | 2021-07-26 | 2022-05-24 | 中国海洋大学 | 一种具有多价/单价盐选择性的聚酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN114082309A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-25 | 北京碧水源膜科技有限公司 | 表面具有高价态电荷基团的聚磷基酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN114082309B (zh) * | 2021-11-15 | 2023-10-10 | 北京碧水源膜科技有限公司 | 表面具有高价态电荷基团的聚磷基酰胺纳滤膜及其制备方法 |
CN116143233A (zh) * | 2021-11-22 | 2023-05-23 | 沃顿科技股份有限公司 | 一种脱硼海水淡化反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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