一種聚酰胺復合膜及其制備方法與流程

本發明涉及膜分離，具體為一種聚酰胺復合膜及其制備方法。

背景技術：

1、聚酰胺復合膜是一種在膜分離技術中占據重要地位的功能性材料，廣泛應用于水處理、食品加工、醫藥制造等領域。其制備過程通常涉及在一種多孔支撐材料(基底)上涂覆一層或多層聚合物薄膜，其中聚酰胺皮層作為分離層，承擔著主要的分離任務。聚酰胺皮層因其良好的化學穩定性、機械強度和分離性能而備受青睞。然而，聚酰胺復合膜的制備和性能優化是一個復雜的過程，涉及多種材料的選擇和工藝參數的調控，其中，中間層材料的選擇對于提高聚酰胺皮層與基底之間的結合力、改善膜的抗污染性能和機械強度等方面起著至關重要的作用。

2、現有聚酰胺復合膜在使用過程中，存在以下缺點：

3、(1)中間層材料與基底材料及聚酰胺皮層化學性質差別大：

4、在聚酰胺復合膜的制備過程中，中間層材料的選擇往往受到多種因素的制約，如與基底材料的相容性、與聚酰胺皮層的結合力以及自身的化學穩定性等。然而，由于中間層、基底和聚酰胺皮層之間的化學性質存在顯著差異，這往往導致膜層之間的界面結合力不強，容易出現分層或剝離現象，從而影響膜的整體性能和穩定性。

5、(2)抗污染性差：

6、聚酰胺復合膜在使用過程中容易受到各種污染物的污染，如有機物、無機鹽、微生物等。這些污染物會附著在膜表面或堵塞膜孔，導致膜的通透性下降、分離效率降低。盡管已經開發了一些抗污染性能較好的聚酰胺復合膜，但仍然存在抗污染性不足的問題，特別是在處理復雜廢水或高濃度污染物時更為突出。

7、(3)聚合物基底容易受損：

8、聚酰胺復合膜的基底通常采用聚合物材料制成，如聚砜、聚醚砜等。這些聚合物基底雖然具有一定的機械強度和化學穩定性，但在長期使用過程中仍然容易受到各種因素的影響而受損，如化學腐蝕、物理磨損等。基底的受損會導致膜的整體性能下降，甚至引發膜的破裂或失效。

9、因此，我們提出一種含中間層的聚酰胺復合膜及其制備方法，解決中間層材料與基底材料及聚酰胺皮層化學性質差別大、抗污染性差和聚合物基底容易受損的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術的不足，適應現實需要，提供一種含中間層的聚酰胺復合膜及其制備方法，以解決當前在聚酰胺復合膜存在的中間層材料與基底材料及聚酰胺皮層化學性質差別大、抗污染性差和聚合物基底容易受損等問題。

2、為了實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案為：

3、一種含中間層的聚酰胺復合膜，包括：聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底、改性聚酰亞胺中間層、聚酰胺分離層；

4、所述多孔聚合物基底表面負載有改性聚酰亞胺中間層，所述改性聚酰亞胺中間層表面負載有聚酰胺分離層。

5、本發明中，所述改性聚酰亞胺中間層是由添加了無機納米粒子的聚酰亞胺樹脂制備得到；

6、優選地，所述無機納米粒子選自tio2、zro2、al2o3、sio2、石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯量子點中的至少一種，且無機納米粒子的尺寸優選為1-100nm，更優選10-60nm。

7、優選地，所述改性聚酰亞胺中間層通過無機納米粒子的摻雜進行改性，以改善其耐候性、耐熱性、耐化學藥品性，與基底材料匹配。

8、本發明還提供一種上述含中間層的聚酰胺復合膜的制備方法，包括以下步驟：

9、s1、基底準備：將聚硼硅氧烷溶解在溶劑中，形成聚硼硅氧烷溶液，將聚硼硅氧烷溶液均勻涂布在載體上，隨后在60-80℃的溫度下干燥2-4h，然后在100-150℃的溫度下固化8-12h，形成聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底；

10、s2、無機納米粒子分散：將無機納米粒子與溶劑混合，攪拌約1-2h，轉速控制在500-1000rpm使其均勻分散，得到分散液，將分散液加入到聚酰亞胺樹脂溶液中，形成含有無機納米粒子的聚酰亞胺樹脂溶液；

11、s3、改性聚酰亞胺中間層制備：將含有無機納米粒子的聚酰亞胺樹脂溶液通過涂布、刮涂等方法均勻涂布在聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底上，通過適當的干燥和固化工藝，形成納米粒子改性的聚酰亞胺中間層；

12、s4、聚酰胺分離層制備：將聚酰胺分離層材料通過特定的涂布技術均勻涂布在改性聚酰亞胺中間層上，得到涂布好的復合膜；

13、s5、復合膜固化：將涂布好的復合膜在高溫下進行固化處理，約0.5-12h，溫度控制在60-180℃；

14、s6、后處理：對固化后的復合膜進行必要的后處理，如切割、修整、清洗等，根據需要，還可以對復合膜進行性能測試和質量檢驗。

15、優選地，所述s1、s2中的溶劑分別獨立地包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)、四氫呋喃、二氯甲烷、水、甲醇、乙醇、異丙醇中的至少一種。

16、優選地，s1所述載體可以是無機載體或有機聚合物載體，例如多孔氧化鋁薄膜或聚砜超濾膜、聚偏氟乙烯微濾膜。

17、優選地，所述聚硼硅氧烷的分子量為20000-100000g/mol。

18、優選地，所述聚硼硅氧烷溶液的濃度范圍為5-50wt％，優選10-30wt％，更優選15-25wt％。

19、優選地，所述聚硼硅氧烷在載體上的涂布厚度為5-100μm。

20、優選地，所述s2分散液的濃度為0.5-10wt％，優選1-5wt％。

21、優選地，所述無機納米粒子與聚酰亞胺樹脂的質量比為2:100至30:100，優選10:100至20:100。

22、優選地，所述聚酰亞胺樹脂的分子量為50000至200000g/mol。

23、優選地，所述聚酰亞胺樹脂溶液的濃度為2-40wt％，優選10-30wt％。

24、優選地，所述s3中通過50-75℃干燥1-3h，然后90-140℃固化5-9h，形成改性聚酰亞胺中間層，且改性聚酰亞胺中間層的厚度為20～180μm，優選100～150μm。

25、優選地，所述s4中聚酰胺分離層材料為聚酰胺溶液；

26、優選地，所述聚酰胺溶液的聚酰胺分子量為2000-500000g/mol；

27、優選地，所述聚酰胺溶液的濃度為2-75wt％，優選20-35wt％。

28、優選地，所述聚酰胺溶液的溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)、四氫呋喃、二氯甲烷水、甲醇、乙醇、異丙醇中的至少一種。

29、優選地，所述s4中特定的涂布技術為浸涂、噴涂或刮涂中的一種，且涂布的厚度為5-100μm，優選10-40μm，干燥溫度為60-100℃，干燥時間為10-60min。

30、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

31、1.本發明中的無機納米粒子可以作為橋梁，通過化學鍵合或物理吸附作用，增強中間層與基底、聚酰胺皮層之間的界面結合力。這有助于減少膜層之間的分層或剝離現象，提高膜的整體穩定性和耐久性，而且，無機納米粒子具有優異的抗污染性能，如親水性、抗菌性等。它們的加入可以賦予聚酰胺復合膜更好的抗污染能力，減少污染物在膜表面的附著和積累，解決了聚酰胺復合膜在使用過程中容易受到各種污染物(如有機物、無機鹽、微生物等)的污染問題。

32、2.本發明中的聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底具有優異的化學穩定性，能夠抵抗多種化學物質的侵蝕，從而保護聚酰胺復合膜免受化學腐蝕的影響，同時，聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底與改性聚酰亞胺中間層之間具有更好的相容性，有助于減少界面缺陷，提高膜的整體性能，不僅如此，聚硼硅氧烷基多孔聚合物基底具有自愈特性，在受到損傷后，能夠無需外界刺激(如光和熱)即可修復斷裂的連接，實現了基底自修復。

33、3.本發明中通過納米材料對聚酰亞胺進行改性，以改善其耐候性、耐熱性、耐化學藥品性等性能，使其與基底材料更好地匹配，通過匹配具有與聚酰胺皮層更相似的化學結構和性質，從而提供更好的相容性和結合力。