CN115770476A - 一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法 - Google Patents
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于纳滤膜制备方法领域，公开了一种采用聚乙烯亚胺/γ‑环糊精复合水相单体的纳滤膜制备方法。本发明采用以一定量的聚乙烯亚胺和γ‑环糊精作为复合水相单体将其经超声均匀分散，并采用一定量的均苯三甲酰氯正己烷溶液作为油相单体将其经超声均匀分散；利用超滤膜作为支撑层，使两种单体在膜表面进行界面聚合反应形成一层薄膜，随后通过热处理使反应进一步进行。由于γ‑环糊精具有众多的亲水基团和特殊的疏水空腔结构，且其空腔直径介于镁锂离子的水合半径之间，以本发明方法制备的复合膜，用于镁锂分离，具有良好的分离效果和水通量，有效减小了目前纳滤膜受到的渗透率‑选择性权衡效应的制约，且该方法制备简单，适于放大合成和实际生产。
Description
技术领域
本发明属于纳滤膜制备方法领域，具体涉及一种采用复合单体制备纳滤膜的方法。
背景技术
纳滤膜可以有效地分离一价离子和多价离子，因此其在镁锂分离领域具有良好的应用潜力和广阔的发展前景。聚酰胺纳滤膜是目前市场上最常见的纳滤膜，商品化的聚酰胺纳滤膜大多以二元胺或多胺与酰氯为反应单体，以超滤膜为支撑层，采用界面聚合的方法制备获得。然而，聚酰胺活性层容易受到微生物、胶体、无机结垢和有机化合物的污染，造成膜孔堵塞。由此产生的各种负面影响包括通量下降、操作压力增加、能耗增加以及膜的降解。目前，该领域专家大都利用引入亲水性组分来改善膜的抗污染性能。
环糊精(CD)是由几个葡萄糖单元通过α-(1-4)键连接而成的环状低聚糖，具有曲折的结构，上外侧端(较大开口端)由C2和C3的二次羟基组成，下端(较小开口端)由C6的亲水性的伯羟基组成，由于C-H 键的屏蔽作用在腔内形成疏水区，所以环糊精具有亲水性的外表面和相对疏水空腔的特殊结构，使得水分子更容易通过空腔。由于CDS具有众多的亲水基团和特殊的疏水空腔结构，有望改善纳滤膜的渗透通量和抗污染性能。而γ-CD由8个葡萄糖单元组成，其空腔直径介于镁离子和锂离子的水合半径之间，因此采用其制得的纳滤膜可以提高镁离子和锂离子的分离性能。
在此背景下，本发明本文以聚乙烯亚胺(PEI)、γ-CD作为复合水相单体，均苯三甲酰氯(TMC)作为油相单体，通过界面聚合的方法制备了具有良好水通量和镁锂分离性能的复合纳滤膜。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体纳滤膜制备的方法，以此方法制备的复合纳滤膜，可用于镁离子和锂离子的分离，具有良好的分离效果和水通量，且制备简单，适于放大合成和实际生产应用。
本发明的技术方案为：一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体制备纳滤膜的方法，聚乙烯亚胺与γ-环糊精共同作为水相单体与有机相界面聚合后的膜层作为分离层，聚合物超滤膜作为支撑层。
本发明提供了一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，包括以下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取质量分数为0.1-0.9％的PEI，质量分数为0-0.9％的γ-CD放置于锥形瓶中，将其配制成PEI/γ-CD水溶液并经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取质量分数为0.05-0.25％的TMC放置于锥形瓶中，将其配制成 TMC的正己烷溶液并经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，一定时间后(5-30min)移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液一定时间(1-5min)让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，其中热处理温度50-90℃，热处理时间为5-25min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜；
本发明至少包括以下有益效果：
本发明制备纳滤膜使用的原材料γ-CD，其天然的空腔结构可以有缩短水分子和离子传输距离，达到提高水通量的作用；同时其空腔直径介于镁锂离子水合直径之间，根据分离膜的尺寸筛分机理可以有效的进行离子筛分。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的纳滤膜扫描电镜(SEM)图；
图2是本发明实施例2中制备的纳滤膜扫描电镜(SEM)图；
图3为实施例1和实施例2中制备的纳滤膜的红外光谱图；
图4为实施例1与实施例2的水接触角图；
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细介绍本发明。应理解具体实例只用于解释和介绍本发明，并不能限制本发明的应用范围。对本发明所做的任何修改和变动，在不脱离本发明的目的和范围内的均落入本发明的保护范围。
实施例1：
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，具体流程包括如下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取一定量的PEI水溶液放置于器皿中，其中PEI在水溶液中的质量分数：0.1％，将其经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取一定量的TMC正己烷溶液放置于器皿中，其中TMC的正己烷溶液中的质量分数：0.05％，将其经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，5min后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液1min后让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，热处理温度为50℃，热处理时间为5min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
实施例2：
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，具体流程包括如下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取一定量的PEI/γ-CD水溶液放置于器皿中，其中PEI在水溶液中的质量分数：0.3％，γ-CD在水溶液中的质量分数：0.1％，将其经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取一定量的TMC正己烷溶液放置于器皿中，其中TMC在正己烷溶液中的质量分数：0.1％，将其经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，10min 后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液2min后让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，热处理温度为60℃，热处理时间为10min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
实施例3：
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，具体流程包括如下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取一定量的PEI/γ-CD水溶液放置于器皿中，其中PEI在水溶液中的质量分数：0.5％，γ-CD在水溶液中的质量分数：0.5％，将其经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取一定量的TMC正己烷溶液放置于器皿中，其中TMC在正己烷溶液中的质量分数：0.15％，将其经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，15min 后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液3min后让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，热处理温度为70℃，热处理时间为15min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
实施例4：
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，具体流程包括如下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取一定量的PEI/γ-CD水溶液放置于器皿中，其中PEI在水溶液中的质量分数：0.7％，γ-CD在水溶液中的质量分数：0.7％，将其经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取一定量的TMC正己烷溶液放置于器皿中，其中TMC在正己烷溶液中的质量分数：0.2％，将其经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，20min 后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液4min后让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，热处理温度为80℃，热处理时间为20min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
实施例5：
一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，具体流程包括如下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取一定量的PEI/γ-CD水溶液放置于器皿中，其中PEI在水溶液中的质量分数：0.9％，γ-CD在水溶液中的质量分数：0.9％，将其经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取一定量的TMC正己烷溶液放置于器皿中，其中TMC在正己烷溶液中的质量分数：0.25％，将其经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有PEI/γ-CD的水相溶液中，30min 后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液5min后让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，热处理温度为90℃，热处理时间为25min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、水相单体溶液的配制：称取质量分数为0.1-0.9％的聚乙烯亚胺，质量分数为0-0.9％的γ-环糊精放置于锥形瓶中，将其配制成聚乙烯亚胺/γ-环糊精水溶液并经超声均匀分散；
步骤二、油相单体溶液的配制：称取质量分数为0.05-0.25％的均苯三甲酰氯放置于锥形瓶中，将其配制成均苯三甲酰氯的正己烷溶液并经超声均匀分散；
步骤三、利用超滤膜作为支撑层，首先将支撑层表面浸渍在含有聚乙烯亚胺/γ-环糊精的水相溶液中，5-30min后移除多余的水相单体，再将膜浸渍在含有不同活性单体的油相溶液1-5min让两种单体在膜表面反应形成一层薄膜。随后通过热处理使反应进一步进行，其中热处理温度为50-90℃，热处理时间为5-25min，从而获得具有一层致密功能层的复合纳滤膜。
2.如权利要求1所述的采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述的聚乙烯亚胺在水溶液中的质量分数为0.3-0.7％；γ-环糊精在水溶液中的质量分数为0.1-0.7％。
3.如权利要求1所述的采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，其特征在于，所述步骤二中，均苯三甲酰氯在正己烷溶液中的质量分数为0.1-0.25％。
4.如权利要求1所述的采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，其特征在于，所述步骤三中，支撑层在水相溶液中浸渍时间为10-30min，支撑层在油相溶液中浸渍时间为3-5min。
5.如权利要求1所述的采用聚乙烯亚胺/γ-环糊精复合单体的纳滤膜制备方法，其特征在于，所述步骤三中，热处理温度为40-90℃，热处理时间为10-25min。
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|---|---|---|---|---|
| CN116836547A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-10-03 | 安徽大学 | 聚乙烯亚胺/β-环糊精纳米复合材料及其在制备纳滤膜中的应用 |
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2021
- 2021-09-08 CN CN202111047543.5A patent/CN115770476A/zh active Pending
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| CN116836547A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-10-03 | 安徽大学 | 聚乙烯亚胺/β-环糊精纳米复合材料及其在制备纳滤膜中的应用 |
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