一种提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种加入多壁碳纳米管以提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜性能的方法。其步骤包括以聚砜超滤膜为基膜，以聚乙烯亚胺为聚电解质阳离子层，含少量多壁碳纳米管的木质素磺酸钠为聚电解质阴离子层，用层层自组装技术在其上沉积制备了新型复合纳滤膜。多壁碳纳米管作为多孔添加材料加入聚电解质分离层，可提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的渗透通量，得到具备高渗透性和高选择性的纳滤膜。

A method to improve the properties of polyethyleneimine / sodium lignosulfonate composite membrane

The invention provides a method for adding multi walled carbon nanotubes to improve the properties of polyethyleneimine / sodium lignosulfonate composite nanofiltration membrane. The steps include polysulfone ultrafiltration membrane as the base film, polyelectrolyte cationic layer with polyethyleneimine, and sodium lignosulfonate containing a small amount of multi walled carbon nanotubes as polyelectrolyte anion layer, and a new composite nanofiltration membrane is prepared by layer self assembly technology. The permeation flux of polyethyleneimine / sodium lignosulfonate composite membrane can be improved by adding multi wall carbon nanotube as a porous adding material to the polyelectrolyte separation layer, and the nanofiltration membrane with high permeability and high selectivity can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜性能的方法
本专利技术涉及纳滤复合膜制备领域，尤其涉及一种通过添加碳纳米管提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜性能的制备方法。
技术介绍
膜分离技术作为一种新型的分离技术，具有选择性高、操作简单、能耗低、占地少、无污染等优点。膜分离技术包括很多种类，其中用于水处理领域中常见的包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。纳滤膜的孔径一般在1nm左右，截留分子量一般为300-500Da，其水通量与盐截留性能介于超滤和反渗透之间，因此纳滤可以以一个相对较低的操作压力来获得大分子或高价离子的截留，同时还能保证较高的水通量。纳滤膜分离技术具有分离过程无相变、操作条件温和、设备简单、占地面积小等优点，被广泛应用于食品浓缩、工业废水处理、饮用水制备、物料回收、染料脱除等领域。碳纳米管是典型的富勒烯，又称巴基管，是一种管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米。据理论计算，碳纳米管纤维的强度是钢的100倍，而质量仅为钢的1/7，如果能做成碳纤维，将是理想的轻质高强度材料。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻六边形结构连接完美具有良好的力学性能、柔韧性许多异常的电学和化学性能等优点，其结构比高分子材料稳定。采用碳纳米管与有机聚合物杂化制备复合膜，复合膜的渗透性、抗污染性和截留率得到了提高。根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管，本专利技术使用的为多壁碳纳米管。目前，有研究者采用碳纳米管作为杂化材料制备了纳米杂化膜从而使得复合膜的渗透性、抗污染性和截留率得到了提高。此外，采用碳纳米材料制备的复合膜可能会导致细菌和病毒失活，还可改善膜表面的抗菌性。公开号为201710668477.0和201710668457.3的中国专利申请中公开了一种以聚乙烯亚胺(PEI)为聚电解质阳离子层、木质素磺酸钠(SL)为聚电解质阴离子层、支撑电解质氯化钠优化、通过聚电解质层层自组装法而制备的复合纳滤膜。聚乙烯亚胺(PEI)/木质素磺酸钠(SL)复合层通过戊二醛交联可形成结构稳定的复合层，从而制成具有良好分离性能的聚电解质层层自组装纳滤膜。羧基化多壁碳纳米管因带可电离水解的羧基官能团成负电荷性，其在水溶液中分散性较好；将羧基化多壁碳纳米管加入木质素磺酸钠溶液中作为阴离子自组装溶液，可与聚乙烯亚胺发生配位作用得到含多壁碳纳米管的聚电解质复合层。碳纳米管的掺杂可提高聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的渗透性和选择性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含碳纳米管的聚乙烯亚胺/木素磺酸钠复合膜的具体方法，通过在聚砜超滤膜的表面利用聚乙烯亚胺与木质素磺酸钠聚电解质阴阳离子层间静电力吸附作用形成自组装复合层，并且在聚电解质溶液中加入支撑电解质氯化钠，将一定浓度的多壁碳纳米管均匀分散到木质素磺酸钠溶液中，之后通过戊二醛交联使其形成结构稳定的复合层，提高纳滤膜的选择性能。上述含碳纳米管的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜的制备方法，其包括以下步骤：1)将聚砜超滤膜浸入NaOH水溶液中一定时间，取出用去离子水洗至中性待用，分别配制质量浓度为0.15wt％的聚乙烯亚胺水溶液和质量浓度为0.4wt％的木质素磺酸钠水溶液，并向两种聚电解质水溶液中分别加入少量氯化钠，将羧基化多壁碳纳米管按一定比例加入所配木质素磺酸钠水溶液并超声分散均匀，多壁碳纳米管与木质素磺酸钠的质量比为1:40～1:80；2)将碱液预处理的聚砜超滤膜浸入聚乙烯亚胺溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，再将聚砜超滤膜浸入木质素磺酸钠水溶液或含羧基化多壁碳纳米管的木质素磺酸钠溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，至此在超滤膜表面完成一对聚电解质阴/阳离子层间的自组装过程，重复该自组装过程至制备含7对聚电解质阴/阳离子层的初生复合膜；3)将所得初生复合膜浸入质量浓度为1.0wt％的戊二醛水溶液中交联1小时，用去离子水清洗复合膜5～15次。有益效果：通过分别在聚乙烯亚胺与木质素磺酸钠溶液中添加氯化钠支撑电解质，木质素磺酸钠溶液中加入不同浓度的多壁碳纳米管，且改变多壁碳纳米管的复合层数。聚乙烯亚胺与木质素磺酸钠聚电解质阴阳离子层间依靠静电吸附力作用形成自组装复合层，之后通过戊二醛交联使其形成结构稳定的复合层。本专利技术制备的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜用于纳滤膜分离水溶液中的MgSO4，可表现出优异的分离性能。本专利技术的制膜工艺简单，所制复合纳滤膜的分离性能提升，可提高纳滤的分离效率，具有极大的发展潜力。具体实施方式本专利技术提供一种用于纳滤分离MgSO4水溶液的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜及其制备方法，下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。分离性能评测：采用平板膜性能测评装置测定聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜分离水溶液体系的纳滤分离性能：料液浓度为2.0g/L的MgSO4水溶液，操作温度25℃，纳滤操作压差为1.0MPa。纳滤分离性能的评价，即膜的渗透通量和截留率。1)渗透通量(J)，反应膜的渗透性，其定义式为：J＝M/(A·t)或J＝V/(A·t)式中，M和V分别为渗透过膜的渗透液质量(kg)和体积(m3)；A为膜面积，m2；t为操作时间，h。2)截留率(R)，反应膜的选择性，其定义式为：R＝(Cf–Cp)/Cf×100％式中，Cf与Cp分别为溶质组分在料液和渗透液中的浓度。对比例将聚砜膜浸入0.5wt％的NaOH水溶液中，在50℃下恒温水浴1小时后将膜取出，用去离子水洗至中性待用；配制聚乙烯亚胺溶液浓度为0.15wt％、木质素磺酸钠浓度为0.4wt％的聚电解质水溶液，并分别在所配聚电解质水溶液中加入0.25mol/L的NaCl；将碱处理的聚砜基膜浸入聚乙烯亚胺溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，再浸入木质素磺酸钠水溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，至此在超滤膜表面完成一对聚电解质阴/阳离子层间的自组装过程，重复该自组装过程至制备含7对聚电解质阴/阳离子层的初生复合膜；将初生复合膜浸入1.0％的戊二醛水溶液中1小时进行交联，后取出用离子水清洗复合膜数次，得到聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜。实施例1～4采用与对比例完全相同的方法制备聚电解质溶液，与对比例不同之处为所用阴离子聚电解质溶液为含羧基化多壁碳纳米管的木质素磺酸钠水溶液；实施例1～3中多壁碳纳米管与木质素磺酸钠的质量比为1:40～1:80且每次自组装过程均使用含多壁碳纳米管的木质素磺酸钠水溶液；实施例4中多壁碳纳米管与木质素磺酸钠的质量比为1:40，且7次自组装过程中有4次使用含多壁碳纳米管的木质素磺酸钠水溶液；实施例所用其它制备步骤与对比例相同。对比例与实施例所制备的复合膜用于分离MgSO4水溶液，分离性能见表1；由表1可看出聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的渗透通量随着多壁碳纳米管浓度的增加而增加，随多壁碳纳米管复合层数的增加而增加，其原因是多壁碳纳米管掺杂到有机聚合物中使得复合膜的渗透通量得到提高；而复合膜截留性能随多壁碳纳米管浓度的增加而降低，随多壁碳纳米管复合层数的增加而降低；为了兼顾通量与截留性能，实施例1、2、4所制备的复合膜性能较优。表1聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合纳滤膜的分离性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含多壁碳纳米管的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的制备方法，包括如下步骤：1)配制质量浓度为0.15wt％的聚乙烯亚胺水溶液和质量浓度为0.4wt％的木质素磺酸钠水溶液分别作为聚电解质阳离子层和聚电解质阴离子层，向聚乙烯亚胺和木质素磺酸钠水溶液中分别加入少量支撑电解质氯化钠并溶解均匀，按一定比例将羧基化多壁碳纳米管加入所配木质素磺酸钠水溶液并超声分散均匀；2)将碱液预处理的聚砜超滤膜浸入聚乙烯亚胺溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，再将聚砜超滤膜浸入木质素磺酸钠水溶液或含羧基化多壁碳纳米管的木质素磺酸钠溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，至此在超滤膜表面完成一对聚电解质阴/阳离子层间的自组装过程，重复该自组装过程至制备含7对聚电解质阴/阳离子层的初生复合膜；3)将所得初生复合膜浸入质量浓度为1.0wt％的戊二醛水溶液中交联1小时，取出用去离子水清洗多次。

【技术特征摘要】
1.一种含多壁碳纳米管的聚乙烯亚胺/木质素磺酸钠复合膜的制备方法，包括如下步骤：1)配制质量浓度为0.15wt％的聚乙烯亚胺水溶液和质量浓度为0.4wt％的木质素磺酸钠水溶液分别作为聚电解质阳离子层和聚电解质阴离子层，向聚乙烯亚胺和木质素磺酸钠水溶液中分别加入少量支撑电解质氯化钠并溶解均匀，按一定比例将羧基化多壁碳纳米管加入所配木质素磺酸钠水溶液并超声分散均匀；2)将碱液预处理的聚砜超滤膜浸入聚乙烯亚胺溶液中静置30分钟后取出用去离子水冲洗，再将聚砜超滤膜浸入木质素磺酸钠水溶液或含羧基化多壁碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：严庆，王璐莹，代娟，李赛赛，刘静，何静，雷建都，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11