CN115337801B

CN115337801B - 一种高性能薄膜复合纳滤膜、其制备方法及其应用

Info

Publication number: CN115337801B
Application number: CN202210985763.0A
Authority: CN
Inventors: 王允坤; 郑富馨
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2024-02-09
Anticipated expiration: 2042-08-17
Also published as: CN115337801A

Abstract

本发明提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，由超滤支撑底膜和复合于所述支撑底膜表面的季铵功能化的聚酰胺活性层组成。本申请还提供了高性能薄膜复合纳滤膜的制备方法和应用。本申请提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，其以季铵化合物为基改性了聚酰胺活性层，季铵化合物功能化的PA膜具有薄而疏松的结构，可以实现在不牺牲二价阴离子截留性能的前提下增强膜透水性、Ca²⁺/SO₄ ^2‑选择性，并缓解过滤中的膜石膏结垢和生物污染。

Description

一种高性能薄膜复合纳滤膜、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种高性能薄膜复合纳滤膜、其制备方法及其应用。

背景技术

具有良好分离性能的薄膜复合（TFC）聚酰胺（PA）膜尤为引人注目。典型的TFC-PA膜可通过胺单体（如哌嗪（PIP））和酰氯单体在水-油界面处的界面聚合 (IP) 反应简单快捷地制备。近年来，TFC-PA膜成功实现产业化，并作为商品膜被广泛应用于纳滤（NF）、反渗透（RO）等水处理工艺。然而，受限于选择性PA层固有的材料结构和理化性质，TFC-PA膜往往受到渗透性-选择性权衡问题和膜污染（如生物污染和无机结垢）问题的限制。这些问题会削弱膜性能，缩短膜寿命，最终导致运营成本增加，不利于节能环保的分离过程的实现。因此，为满足环境及能源领域的需求，构建可持续发展社会，迫切需要开发具有理想渗透性、选择性和优良抗污染性能的新型TFC-PA膜。

PA活性层的性质决定了TFC-PA 膜的性能。近年来，多采用后表面改性，抗菌功能性材料掺杂等方式提升膜的性能。然而对膜进行后表面改性，如在PA层上接枝聚乙二醇、聚乙烯醇、两性离子聚合物等亲水聚合物的方法虽然会延缓污染物的黏附，但额外的聚合物层可能会导致膜透水性能变差。而将具有抗菌性能或亲水性的材料如银纳米粒子、季铵纳米粒子、氧化石墨烯、沸石咪唑骨架引入PA层可以提升膜的抗污染性能和透水性，但聚合物基质与功能性材料之间的弱兼容性经常会增加活性层缺陷并损害膜的选择性。在IP过程中引入额外的反应性单体，从而从根本上调控PA层的结构与特性是提升膜性能的另一选择。学界已证明使用新型水相单体（如4,4'-二哌啶基二盐酸盐、2,2'-联苯胺二磺酸）可调控膜的分离精度，以选择性透过致垢离子并实现缓解石膏污染。因此，新型反应性单体的设计与在TFC膜制备领域的应用正在引起人们的关注。

季铵化合物（QAC）是一种种类多、用途广、价格低廉、结构稳定且具有广谱抗菌活性的阳离子抗菌剂。可以通过与细菌的接触作用破坏细菌细胞膜使细菌死亡。但检索发现，目前未见有相关以QAC作为水相反应单体制备高性能TFC膜的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，本申请提供的复合纳滤膜可以实现在不牺牲二价阴离子截留性能的前提下增强膜透水性、Ca²⁺/SO₄ ^2-选择性和抗菌活性，进一步表现出对膜生物污染和石膏结垢的良好缓解效果。

有鉴于此，本申请提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，由超滤支撑底膜和复合于所述支撑底膜表面的季铵功能化的聚酰胺活性层组成。

优选的，所述超滤支撑底膜由基底和复合于所述基底表面的超滤活性层组成。

优选的，所述季铵功能化的聚酰胺活性层的厚度为20~100nm，截留分子量为150~450Da，平均膜孔径为0.20~0.40nm。

本申请还提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

将季铵化合物单体和胺单体溶于水中，得到水相溶液；

将酰氯单体溶于有机溶液中，得到有机相溶液；

将所述水相溶液与超滤支撑底膜接触，得到附着水相单体的超滤底膜；

将所述超滤底膜浸泡于所述有机相溶液中以进行界面聚合反应，反应后得到高性能薄膜复合纳滤膜。

优选的，所述胺单体为哌嗪，所述酰氯单体为均苯三甲酰氯；所述胺单体和所述季铵化合物单体在水相中的总浓度为0.2~4wt%，所述酰氯单体在所述有机相中的浓度为0.05~0.5wt%。

优选的，所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.1wt%~1wt%。

优选的，所述接触的时间为10~300s，所述反应的时间为10~300s。

优选的，所述超滤支撑底膜与所述水相溶液接触前还包括：将所述超滤支撑底膜进行清洗。

优选的，所述季铵化合物单体的制备方法具体为：

将季铵化合物前体和溴代烷烃混合，反应，得到季铵化合物单体。

本申请还提供了所述的高性能薄膜复合纳滤膜或所述的制备方法所制备的高性能薄膜复合纳滤膜在膜分离中的应用。

本申请提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，其由聚醚砜超滤支撑底膜和复合于所述支撑底膜表面的季铵功能化的聚酰胺活性层组成。本申请提供的薄膜复合纳滤膜由于引入了具有良好杀菌效果和稳定性的季铵化合物，而赋予了TFC-NF膜优异的抗菌性能和钙离子/硫酸根离子选择性。

进一步的，本申请提供的高性能薄膜复合纳滤膜以共价键形式固定在PA层中的季铵化合物通过烷基长链对细菌的磷脂双分子层造成破坏对黏附在膜表面的细菌产生杀灭作用，同时，将季铵化合物引入PA层通过调整膜厚度和孔径进一步提升了膜的水渗透性和钙离子/硫酸根离子选择性。

本发明还提供了高性能薄膜复合纳滤膜的制备方法，优选利用界面聚合反应中单体的可调性，通过控制季铵化合物单体的烷基链长度，调整功能化TFC-PA纳滤膜的水渗透性、抗菌性能和抗石膏结垢性能；确定最优效果对应的单体后，进一步通过优化水相溶液中哌嗪和季铵化合物的浓度比以提升功能化TFC-PA纳滤膜的渗透性-选择性和抗污染性能。

附图说明

图1为本发明对比例1、2中的空白TFC-PA膜和实施例1、2、3中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的纯水通量；

图2为本发明对比例1、2中的空白TFC-PA膜和实施例1、2、3中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜对Na₂SO₄和CaCl₂的截留性能；

图3为本发明对比例1中的空白TFC-PA膜和实施例1、2、3中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的抗菌性能图；

图4为本发明对比例1中的空白TFC-PA膜和实施例1中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的抗石膏结垢性能图；

图5为本发明对比例1中的空白TFC-PA膜和实施例1中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的抗生物污染性能图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

申请人经过研究得到：设计具有特定结构的季铵化合物并通过IP反应将其整合进PA层有望调控PA层的分离精度，制得无缺陷的新型季铵化合物TFC-PA膜，并在不损害膜渗透性-选择性的前提下缓解膜生物污染和石膏结垢。鉴于此，针对膜分离过程中的渗透性-选择性权衡问题和膜污染问题，本发明提供了一种基于季铵化合物单体的新型高通量、抗石膏结垢且抗生物污染的TFC-PA膜、其制备方法与应用；该TFC-PA膜具有季铵功能化的疏松PA活性层，可以实现在不牺牲二价阴离子截留性能的前提下增强膜透水性、Ca²⁺/SO₄ ^2-选择性、抗菌活性，并表现出对膜石膏结垢和生物污染的良好缓解效果。具体的，本申请首先提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，由超滤支撑底膜和复合于所述支撑底膜表面的季铵功能化的聚酰胺活性层组成。

在本申请中，所述高性能薄膜复合纳滤膜中，所述超滤支撑底膜优选为以无纺布为基底和以超滤活性层为顶层的超滤膜；在本申请中，所述超滤支撑底膜为聚醚砜超滤支撑底膜，其基底为无纺布，活性层为聚醚砜活性层。所述聚醚砜活性层的厚度为200~400μm。

所述季铵功能化的聚酰胺活性层的厚度为20~100nm，截留分子量为150~450Da，平均膜孔径为0.20~0.40nm；具体的，所述季铵功能化的聚酰胺活性层的厚度为50~70nm，截留分子量为150~250Da，平均膜孔径为0.25~0.30nm；更具体地，所述季铵功能化的聚酰胺活性层的厚度为50~60nm，截留分子量为180~250Da，平均膜孔径为0.26~0.30nm。

本申请还提供了高性能薄膜复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

将季铵化合物单体和胺单体溶于水中，得到水相溶液；

将酰氯单体溶于有机溶液中，得到有机相溶液；

在制备高性能薄膜复合纳滤膜的过程中，首先制备了水相溶液和有机相溶液；即将季铵化合物单体（QAC）和胺单体溶于水中，得到水相溶液，将酰氯单体溶于有机溶液中，得到有机相溶液。所述季铵化合物单体为本领域技术人员熟知的季铵化合物，其特征是包含能参与界面聚合反应的氨基官能团。在本申请中，所述季铵化合物单体的烷基链长可分别为8、10或12；所述胺单体具体可选自哌嗪（PIP），所述酰氯单体具体可选自均苯三甲酰氯。在此基础上，所述胺单体和所述季铵化合物单体在水相中的总浓度为0.2~4wt%，所述酰氯单体在所述有机相中的浓度为0.05~0.5wt%；具体的，所述哌嗪和所述季铵化合物单体两种单体在水相中的总浓度为1~2wt%，所述酰氯单体在所述有机相中的浓度为0.1~0.3wt%。所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.1~1wt%；具体的，所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.3~0.8wt%；更具体地，所述的烷基链长为8时，所述季铵化合物单体在所述水相中的浓度为0.5wt%；所述季铵化合物单体的烷基链长为10时，所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.5wt%，所述季铵化合物单体的烷基链长为12时，所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.3wt%~0.7wt%。

本申请所述季铵化合物单体通过异烟碱与不同种类的溴代烷烃的亲核取代反应制备得到；更具体地，所述的季铵化合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将20.67 mmol的异烟碱，28.93 mmol的溴代烷烃溶于25 mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，并将混合溶液装入250 mL圆底烧瓶中；

（2）将烧瓶置于恒温磁力搅拌器中，在45 ℃下水浴搅拌反应24小时；

（3）将步骤（2）中反应结束后得到的溶液冷却至室温，向溶液中加入40-50 mL的乙酸乙酯使反应生成的QAC沉淀析出；

（4）将步骤（3）中得到的QAC沉淀用乙酸乙酯清洗4-6次，并在30 ℃下真空干燥，以纯化QAC，最终得到白色粉末状的QAC。

上述反应过程具体如下示意图所示：

更具体地，上述溴代烷烃分别为溴代正辛烷、溴代正癸烷、1-溴代十二烷，以制备烷基链长为8、10、12的QAC。

本申请然后将所述水性溶液与超滤支撑底膜接触，得到附着水相单体的超滤底膜，再将其浸泡于有机相溶液中，反应后即得到高性能薄膜复合纳滤膜。在此过程中，所述超滤支撑底膜在与所述水性溶液接触前优先进行了清洗；所述清洗具体为：将超滤支撑底膜浸泡于异丙醇中清洗，再在去离子水中漂洗。所述接触的时间为10~300s，所述反应的时间为10~300s，具体的，所述接触的时间为80~100s，所述反应的时间为15~60s，更具体地，所述接触的时间为80s，所述反应的时间为30s。本申请薄膜复合纳滤膜中的活性层是由水相中不同比例的哌嗪（PIP）单体和季铵化合物单体（QAC）与正己烷中的均苯三甲酰氯单体在水油界面处的界面聚合反应制备得到，所用的季铵化合物的烷基链长度分别为8、10、12，以制备具有不同结构和物化特性的TFC-PA膜。

选取烷基链长为12的QAC与PIP混合作为界面聚合反应的水相溶液；所形成的活性层的厚度为50~70 nm，所得PA膜的截留分子量为180~250 Da，平均膜孔径为0.27~0.30 nm。更具体地，将PIP与烷基链长为12的QAC溶于水中，使两者在水溶液中的质量分数均为0.5 %以作为界面聚合水相溶液，配制均苯三甲酰氯质量分数为0.15%的正己烷溶液作为有机相溶液；该PA活性层的厚度为50~55 nm，所得TFC膜的截留分子量为240~250 Da，平均膜孔径为0.29~0.30 nm。

本申请提供了一种高性能薄膜复合纳滤膜，其以季铵化合物为基改性了聚酰胺活性层，季铵化合物功能化的PA膜具有薄而疏松的结构，可以实现在不牺牲二价阴离子截留性能的前提下增强膜透水性、Ca²⁺/SO₄ ^2-选择性，并缓解过滤中的膜石膏结垢；季铵化合物功能化的PA膜活性层中的季铵化合物通过烷基长链对细菌的磷脂双分子层造成破坏从而对黏附在膜表面的细菌产生杀灭作用并缓解过滤中的膜生物污染；进一步，通过调整季铵化合物烷基链长、季铵化合物烷基在水相中质量分数，可对膜性能进一步优化。本发明的季铵化合物功能化的TFC-NF膜作为新型抗污染膜材料在膜分离技术中减缓膜污染方面应用，可有效减缓膜分离技术应用过程中膜表面的生物污染和无机结垢，并降低膜分离过程的能耗与成本。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高性能薄膜复合纳滤膜、其制备方法及其应用进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1 一种基于季铵化合物功能化的抗污染TFC-PA纳滤膜的制备

（1）将商品聚醚砜（PES）超滤膜浸泡于异丙醇中清洗30分钟，并用去离子水多次漂洗，获得去除表面杂质的PES 超滤支撑膜；

（2）将步骤（1）得到的清洗后的PES支撑膜活性层朝上贴于干净的玻璃板上以作为TFC膜的基底；

（3）将烷基链长为12的季铵化合物与哌嗪单体充分溶解于去离子水中，使单体的总质量分数为1%，以作为界面聚合反应的水相溶液；将质量分数为0.15%的均苯三甲酰氯充分溶解于正己烷溶液中，以作为界面聚合反应的有机相溶液；

（4）将步骤（3）中配制的水相溶液倒在步骤（2）中的PES超滤基底上，室温条件下接触90 s后倒掉水相溶液，并用橡胶辊筒将残余的溶液从膜表面彻底去除，得到附着有水相单体的PES基底膜；

（5）将步骤（4）中的PES超滤膜浸泡于步骤（3）中配制的有机相溶液中，室温条件下反应30 s，以在PES基底上形成PA纳滤活性层；

（6）将步骤（5）中的复合膜从有机相溶液中取出，风干2 min后用去离子水多次清洗得到薄膜复合纳滤膜。

实验结果表明，本实施例制备的季铵化合物功能化TFC纳滤膜的纯水通量为12.22L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为99.0%，氯化钙截留率为15.6%，抗菌效果为85%。

实施例2

如实施例1所述的一种基于季铵化合物功能化的抗污染TFC-PA纳滤膜的制备方法，区别在于：

步骤3中所加入的季铵化合物的质量分数为0.3%，其它条件一致。

实验结果表明，本实施例制备的季铵化合物功能化TFC纳滤膜的纯水通量为8.58L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为98.8%，氯化钙截留率为40.2%，抗菌效果为60%。

实施例3

如实施例1所述的一种基于季铵化合物功能化的抗污染TFC-PA纳滤膜的制备方法，所不同的是：

步骤3中所加入的季铵化合物的质量分数为0.7%，其它条件一致。

实验结果表明，本实施例制备的季铵化合物功能化TFC纳滤膜的纯水通量为10.0L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为97.3%，氯化钙截留率为14.2%，抗菌效果为87%。

实施例4

步骤3中所加入的季铵化合物为溴代正辛烷，其它条件一致。

实验结果表明，本实施例制备的季铵化合物功能化TFC纳滤膜的纯水通量为17.9L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为99.0%，氯化钙截留率为18.4%，抗菌效果为46%。

实施例5

步骤3中所加入的季铵化合物为溴代正癸烷，其它条件一致。

实验结果表明，本实施例制备的季铵化合物功能化TFC纳滤膜的纯水通量为14.0L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为99.0%，氯化钙截留率为17.7%，抗菌效果为59%。

对比例1

一种作为空白对照的TFC-PA纳滤膜的制备，步骤如实施例1所述的一种基于季铵化合物功能化的抗污染TFC-PA纳滤膜的制备方法，所不同的是：

步骤3中所用水相溶液为质量分数为1%的哌嗪溶液，而不含季铵化合物。

对比例1中，空白对照的TFC-PA纳滤膜的纯水通量为8.1 L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为98.9%，氯化钙截留率为66.9%。

对比例2

步骤3中所用水相溶液为质量分数为0.5%的哌嗪溶液，而不含季铵化合物。

对比例2中，空白对照的TFC-PA纳滤膜的纯水通量为8.2 L·m^-2·h^-1·bar^-1；膜的硫酸钠截留率为98.9%，氯化钙截留率为47.6%。

实验例1

采用错流纳滤装置测定制备好的基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的水渗透性和盐截留性能，判断在季铵化合物功能化后膜渗透-选择性的变化情况。

将对比例1中的空白TFC-PA膜、对比例2中的空白TFC-PA膜和实施例1、2、3中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜裁剪为适合过滤系统大小（3.125 cm²），浸入去离子水中浸泡过夜。采用去离子水测定其纯水通量，首先在150 psi压力下压实膜，使膜通量稳定，随后在100 psi压力下，测试膜的纯水通量。如附图1所示，实施例1、2、3基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的水通量与空白的TFC-PA膜相比显著提升，说明本发明季铵化合物的引入改善了TFC-PA纳滤膜的水渗透性。

将对比例1中的空白TFC-PA膜、对比例2中的空白TFC-PA膜和实施例1、2、3中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜裁剪为适合过滤系统的大小（3.125 cm²），浸入去离子水中浸泡过夜。在150 psi压力下压实膜，使膜通量稳定。随后，分别以10 mM的Na₂SO₄或CaCl₂盐溶液为进料溶液，在温度为25℃，压力为100 psi，流速为100 LPH条件下稳定过滤1小时，收集进料液和膜渗滤液，并计算膜对Na₂SO₄和CaCl₂的截留性能。如附图2所示，实施例1、2、3基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜对CaCl₂和Na₂SO₄的选择性与空白的TFC-PA膜相比显著提升，说明在本发明中的季铵化合物的引入改善了TFC-PA纳滤膜的盐选择性。

实验例2

采用菌落形成单位计数法衡量所制基于季铵化合物功能化的抗污染TFC-PA纳滤膜的抗菌性能。

将大肠杆菌在Luria–Bertani（LB）液体培养基中培养至对数相，并用无菌磷酸盐缓冲盐水（PBS）冲洗三次。然后，将细菌重悬于PBS中，并稀释至约210⁵CFU/mL。用乙醇和无菌水清洗膜样品（1.5 cm×1.5 cm）。将摸样品浸入2 mL细菌悬浮液中并在37 ℃的摇床上旋转培养20 h，对比例1中的空白TFC-PA膜作为空白对照。培养结束后，将装有膜和细菌悬浮液的离心管超声10分钟以洗下膜上的细菌。取50 μL菌液在LB固体培养基上均匀涂布，37℃培养12 h后记录活菌菌落数。将接触季铵化合物功能化TFC-PA纳滤膜后的细菌菌落数与空白对照膜进行比较得到改性膜的抗菌效率。如附图3所示，实施例1、2、3基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的抗菌效果与空白的TFC-PA膜相比显著提升，说明季铵化合物的引入赋予了TFC-PA纳滤膜优异的抗菌性能。

实验例3

采用错流纳滤装置测试制备好的基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜的抗石膏结垢性能和抗生物污染性能的提升。

将对比例1中空白TFC-PA膜和实施例1中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜首先用去离子水压实至通量稳定。

以含有15 mM CaCl₂和10 mM Na₂SO₄的盐溶液为进料溶液，并将pH调节至7.0±0.1。在不施加压力的情况下，将进料溶液充分混合1 h。平衡后，循环模式下，在30℃，流速60 LPH条件下调节系统压力使膜初始通量为80 L·m^-2·h^-1，稳定过滤40 h，记录膜通量变化。如附图4所示，实施例1基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜由于季铵化合物的存在使其抗石膏结垢性能与空白TFC-PA膜相比显著提升。

将对比例1中空白TFC-PA膜和实施例1中的季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜首先用去离子水压实至通量稳定。以含有8 mM NaCl、0.15 mM MgSO₄、0.5 mM NaHCO₃、0.4 mMNH₄Cl、0.2 mM CaCl₂、0.2 mM KH₂PO₄和0.6 mM葡萄糖，初始细菌浓度为210⁵CFU/mL的模拟废水为进料溶液，在30℃，流速60 LPH条件下调节系统压力使膜初始通量为40 L·m^-2·h^-1，稳定过滤40 h，记录膜通量变化。如附图5所示，实施例1基于季铵化合物功能化的TFC-PA纳滤膜由于季铵化合物的存在使其抗生物污染性能与空白TFC-PA膜相比显著提升。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例。

Claims

1.一种高性能薄膜复合纳滤膜在膜分离中缓解膜生物污染和石膏结垢的应用，所述高性能薄膜复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

将季铵化合物单体和胺单体溶于水中，得到水相溶液；所述胺单体为哌嗪；

将酰氯单体溶于有机溶液中，得到有机相溶液；所述酰氯单体为均苯三甲酰氯；

将所述超滤底膜浸泡于所述有机相溶液中以进行界面聚合反应，反应后得到高性能薄膜复合纳滤膜；

所述高性能薄膜复合纳滤膜，由超滤支撑底膜和复合于所述支撑底膜表面的季铵功能化的聚酰胺活性层组成；所述季铵功能化的聚酰胺活性层的厚度为50~70nm，截留分子量为150~450Da，平均膜孔径为0.20~0.40nm；

所述季铵化合物单体的制备方法具体为：

将季铵化合物前体和溴代烷烃混合，反应，得到季铵化合物单体；所述溴代烷烃为溴代正辛烷、溴代正癸烷，对应的，所述季铵化合物单体为烷基链长为8、10的季铵化合物单体；

所述胺单体和所述季铵化合物单体在水相中的总浓度为0.2~4wt%，所述酰氯单体在所述有机相中的浓度为0.05~0.5wt%；

所述季铵化合物单体在水相中的浓度为0.1wt%~1wt%。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述超滤支撑底膜由基底和复合于所述基底表面的聚酰胺活性层组成。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述接触的时间为10~300s，所述反应的时间为10~300s。

4.根据权利要求1~3任一项所述的应用，其特征在于，所述超滤支撑底膜与所述水相溶液接触前还包括：将所述超滤支撑底膜进行清洗。