一种截留硝酸盐的复合纳滤膜及其制备方法和应用

本发明属于纳滤膜，具体涉及一种截留硝酸盐的复合纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硝酸盐是一种常见的无机污染物，具有来源多、分布广的特点，在水环境中累积能够对水生生物、人类及生态环境造成严重危害。传统水处理技术在处理硝酸盐过程中存在成本高、操作复杂、易发生二次污染等问题。纳滤膜分离技术因应用方便、不易造成二次污染，在硝酸盐处理中具有很好的应用前景。

2、纳滤膜技术是一种新型膜分离技术，因其筛分效应、道南效应等的分离特性，能够对水中有机、无机污染物实现高效处理，且运行中操作压力较低，具有能耗低、成本低的优势，在硝酸盐处理中具有较高的研究价值和应用潜力。目前市面上传统纳滤膜对二价无机盐截留性能较高，对一价无机盐截留性能较差且渗透性能偏低，利用纳滤膜分离技术处理硝酸盐污染的相关研究非常有限。因此，研发制备高通量、高截留纳滤膜用于硝酸盐处理，对实现水体硝酸盐污染的有效治理具有较好的实际应用意义。

3、纳滤膜主要由基膜与超薄的分离层组成。基膜能够为纳滤膜提供机械强度，而分离层的物理结构、化学性质则决定了膜的分离性能。因此，纳滤膜的制备和改性通常从基膜与分离层进行。目前，纳滤膜的主要制备方法有相转化法、界面聚合法、涂覆交联法、层层自组装法、表面接枝法等。界面聚合法制备方法简单，便于操作，但制备复合纳滤膜影响因素较多。此外，制膜中选择的水相单体、有机相单体对于复合纳滤膜亲水性、电负性影响较大。

4、目前市面上商品纳滤膜对硝酸盐的截留率偏低，且渗透通量较低。针对纳滤膜截留硝酸盐的机理，以聚醚砜超滤膜(pes)为基膜，采用间苯二胺(mpd)、单宁酸(ta)、纳米二氧化硅颗粒(sio2)作为主要水相单体，均苯三甲酰氯(tmc)为有机相单体，通过界面聚合法，制备改性聚酰胺纳滤膜，以期制备出高通量高截留率的纳滤膜是解决目前纳滤膜对硝酸盐截留受限的关键，当前此类研究未见报道。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种截留硝酸盐的复合纳滤膜及其制备方法和应用，所得复合纳滤膜由聚醚砜基膜经水相单体单宁酸、纳米二氧化硅、间苯二胺与有机相单体均苯三甲酰氯界面聚合生成，能够在截留硝酸盐过程中同时具有较高的截留率和膜通量。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种复合纳滤膜，所述复合纳滤膜由聚醚砜基膜层和聚酰胺选择分离层组成；所述聚酰胺选择分离层是由水相单体与有机相单体经界面聚合反应形成的膜层，其中水相单体包括单宁酸、纳米二氧化硅和间苯二胺，有机相单体为均苯三甲酰氯。

4、一种如前所述的复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：将聚醚砜基膜依次在水相溶液和有机相溶液中浸渍，进行界面聚合反应，之后经过热处理得到所述复合纳滤膜；所述水相溶液为单宁酸、纳米二氧化硅和间苯二胺混合形成的水溶液，所述有机相溶液为均苯三甲酰氯的正己烷溶液。

5、进一步地，所述在水相溶液中浸渍的时间为1～10min。

6、进一步地，所述在有机相溶液中浸泡的时间为0.5～3min。

7、进一步地，所述热处理的温度为20～80℃，时间为5～15min。

8、进一步地，所述单宁酸的浓度为0.1wt％～0.4wt％，纳米二氧化硅的浓度为0.01wt％～0.05wt％，间苯二胺的浓度为0.5wt％～1.5wt％。

9、进一步地，所述均苯三甲酰氯的浓度为0.1wt％～0.3wt％。

10、一种如前所述的复合纳滤膜的应用，用于水环境中硝酸盐处理。

11、一种如前所述的复合纳滤膜的应用，用于水环境中氯化盐和/或硫酸盐处理。

12、一种如前所述的复合纳滤膜的应用，用于水环境中bsa和/或葡萄糖处理。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

14、(1)本发明采用界面聚合法制备生成一种截留硝酸盐的复合纳滤膜，该方法简单、容易操作，选用的单体具有良好的成膜性能，能够有效提高膜亲水性、电负性，有助于对硝酸盐进行有效截留的同时保持较高的膜通量。

15、(2)本发明所制备的复合纳滤膜具有超薄的致密聚酰胺分离层，接触角为41.34°，亲水性较好，电位为-57.71mv。在0.9mpa操作压力下，最佳膜处理1g/l的nano3溶液，膜通量为7.02l·m-2·h-1，截留率达到90.24％，纯水通量为8.11l·m-2·h-1，能够在截留硝酸盐过程中同时具有较高的截留率和膜通量。

16、(3)本发明所制备的复合纳滤膜对其它无机盐也具有较好的截留效果：na2so4截留率为93.04％，mgso4截留率为92.75％，mgcl2截留率为90.63％，nacl截留率为90.59％，bsa截留率高达100％，葡萄糖截留率为90.82％，截留分子量为688da，预示其在水处理领域中截留无机盐、bsa和葡萄糖方面具有潜在的应用价值。

技术特征：

1.一种复合纳滤膜，其特征在于，所述复合纳滤膜由聚醚砜基膜层和聚酰胺选择分离层组成；所述聚酰胺选择分离层是由水相单体与有机相单体经界面聚合反应形成的膜层，其中水相单体包括单宁酸、纳米二氧化硅和间苯二胺，有机相单体为均苯三甲酰氯。

2.一种权利要求1所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚醚砜基膜依次在水相溶液和有机相溶液中浸渍，进行界面聚合反应，之后经过热处理得到所述复合纳滤膜；所述水相溶液为单宁酸、纳米二氧化硅和间苯二胺混合形成的水溶液，所述有机相溶液为均苯三甲酰氯的正己烷溶液。

3.根据权利要求2所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在水相溶液中浸渍的时间为1～10min。

4.根据权利要求2所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在有机相溶液中浸泡的时间为0.5～3min。

5.根据权利要求2所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为20～80℃，时间为5～15min。

6.根据权利要求2或5所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述单宁酸的浓度为0.1wt％～0.4wt％，纳米二氧化硅的浓度为0.01wt％～0.05wt％，间苯二胺的浓度为0.5wt％～1.5wt％。

7.根据权利要求2所述的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酰氯的浓度为0.1wt％～0.3wt％。

8.一种权利要求1所述的复合纳滤膜的应用，其特征在于，用于水环境中硝酸盐处理。

9.一种权利要求1所述的复合纳滤膜的应用，其特征在于，用于水环境中氯化盐和/或硫酸盐处理。

10.一种权利要求1所述的复合纳滤膜的应用，其特征在于，用于水环境中bsa和/或葡萄糖处理。

技术总结本发明属于纳滤膜技术领域，具体涉及一种截留硝酸盐的复合纳滤膜及其制备方法和应用。本发明复合纳滤膜由聚醚砜基膜层和聚酰胺选择分离层组成；聚酰胺选择分离层是由水相单体与有机相单体经界面聚合反应形成的膜层，其中水相单体包括单宁酸、纳米二氧化硅和间苯二胺，有机相单体为均苯三甲酰氯。本发明采用有机‑无机杂化方式界面聚合制备可以用于水环境中硝酸盐处理的复合纳滤膜，其在对硝酸盐截留效果良好的同时保持较好的膜通量。技术研发人员：王健行,王改梅,郝晋仙,荆雯雯受保护的技术使用者：山西大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23