一种反渗透膜的制备及基于太赫兹光谱技术表征的方法

本发明涉及分离膜材料，具体涉及一种反渗透膜的制备及基于太赫兹光谱技术表征的方法。

背景技术：

1、反渗透是最常用的海水淡化技术之一，高性能反渗透膜是反渗透技术的核心，目前常用的商业反渗透膜普遍存在水通量低、脱硼率低的问题，如何提高反渗透膜的水通量和脱硼率受到广泛关注。二维纳米材料如石墨烯(g)、氧化石墨烯(go)和石墨相氮化碳(g-c3n4)具有丰富且易于修饰的官能团、可调的层间结构和孔道结构，在反渗透膜改性进而提高水通量和脱硼率等方面具有巨大的潜力。

2、目前用于反渗透膜表征的手段主要有红外光谱、拉曼光谱、元素分析、扫描电镜、透射电镜、水接触角测量仪、zeta电位分析等，但上述表征手段不仅成本高昂，还对样品状态有着严苛的要求，对膜结构关键信息的获得也有限，因此亟需开发新的膜结构检测表征技术。

3、太赫兹时域光谱技术在小于3thz频率时具有高信噪比，精度优于傅里叶红外光谱，且光子能量低，不会对作用物质产生破坏，同时具有更好的稳定性。通过测量太赫兹光谱信息，可以得到太赫兹光波的振幅和相位，同时光谱在太赫兹波段具有唯一性，可以用于材料的定性检测，作为一种先进的无损检测手段，太赫兹光谱技术在无损检测和人体检测等领域具有广阔的应用前景。在反渗透膜检测方面，不同种类二维纳米添加剂与聚酰胺反渗透膜不是简单的混合物掺杂，可能形成将高分子材料的特性和纳米粒子的特性融于一体的复合膜。复合膜内部、边缘、缺陷处对太赫兹波的响应有所不同，会对太赫兹波的振幅和相位分布产生影响，分析振幅和相位信号的变化情况，可实现对复合膜掺杂物质成分的定性分析。因此，开发新的基于太赫兹光谱技术表征反渗透膜结构的方法有助于进一步理解不同种类、官能团修饰的二维材料的加入是如何影响膜与太赫兹辐射的相互作用，以及如何优化改性方法以提高反渗透膜的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种反渗透膜的制备及基于太赫兹光谱技术表征的方法，在反渗透基膜上采用界面聚合法，将经超声处理后分散性良好的官能团修饰的g/go、g-c3n4引入到反渗透膜聚酰胺层中，制备得到引入官能团修饰的g/go、g-c3n4的海水淡化反渗透膜。对制备的反渗透膜进行太赫兹检测，获得相对应的太赫兹光谱数据，并进行定性分析。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种反渗透膜的制备方法，具体包括以下步骤：

3、(1)将官能团修饰的g/go、g-c3n4溶于去离子水中，进行超声处理，得到官能团修饰的g/go、g-c3n4溶液；

4、(2)将间苯二胺和氢氧化钠溶于去离子水中，进行搅拌，得到间苯二胺和氢氧化钠的混合溶液；

5、(3)将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液混合后，再加入去离子水，进行搅拌，得到水相溶液；

6、(4)将均苯三甲酰氯溶于有机溶剂中，进行搅拌，得到有机相溶液；

7、(5)对反渗透基膜浸入去离子水中进行预处理；

8、(6)将预处理后的反渗透基膜浸没到步骤(3)得到的水相溶液1～4min，然后取出反渗透基膜用胶辊辊干表面溶液，再浸没到步骤(4)得到的有机相溶液中进行界面聚合反应0.5～2min，得到界面聚合后的反渗透基膜；

9、(7)将步骤(6)得到的界面聚合后的反渗透基膜浸没到正己烷溶剂中静置，然后进行热处理，冷却后得到官能团修饰的g/go、g-c3n4的海水淡化反渗透膜。

10、优选的，所述步骤(1)中官能团修饰的g/go为g/go、羟基化g/go、羧基化g/go、氨基化g/go、磺化g/go、氟化g/go中的一种或几种；得到的官能团修饰的g/go、g-c3n4溶液的浓度为400～2100mg/l。

11、优选的，所述步骤(1)中超声处理时间为60～120min，超声处理温度为20～40℃，超声处理频率为20～40khz。

12、优选的，所述步骤(3)得到的水相溶液中间苯二胺的浓度为0.10wt％～4.00wt％；氢氧化钠的浓度为0.10wt％～1.00wt％；官能团修饰的g/go、g-c3n4的浓度为25～500mg/l。

13、优选的，所述步骤(4)中有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷或isopar l异构烷烃中的一种或多种；得到的有机相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.10wt％～0.50wt％。

14、优选的，所述步骤(6)中反渗透基膜为聚砜超滤膜或聚醚砜超滤膜，反渗透基膜的截留分子量为30kda～150kda。

15、优选的，所述步骤(7)中在正己烷溶剂中静置10～30s，热处理温度为90～110℃，热处理时间为2～5min。

16、优选的，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中搅拌时间均为15～30min，搅拌温度为10～30℃，搅拌转速为800～1500rpm。

17、本发明还提供了通过上述制备方法制得的一种反渗透膜。

18、本发明还提供了一种基于太赫兹光谱技术对制得的反渗透膜进行检测表征的方法，具体是选择光滑、平整、均匀的膜片区域作为采样区域，以金镜为背景，空气湿度2％～4％，采用反射式模式，得到引入官能团修饰的g/go、g-c3n4的反渗透膜太赫兹谱图。

19、本发明提供了一种海水淡化反渗透膜的制备方法，利用官能团修饰的g/go、g-c3n4溶液、间苯二胺和氢氧化钠制备水相溶液，利用均苯三甲酰氯和有机溶剂配制得到有机相溶液，利用反渗透基膜作为支撑体，将反渗透基膜首先浸没到水相溶液中，使含有官能团修饰的g/go、g-c3n4、间苯二胺和氢氧化钠的水相溶液与反渗透基膜充分接触，并吸附在反渗透基膜表面，然后取出浸没后的反渗透基膜，用胶辊辊干表面溶液，以去除膜表面残留的水相溶液使后续界面聚合反应更加均匀，再将辊干后的膜浸没到有机相溶液中，使反渗透基膜表面吸附的官能团修饰的g/go、g-c3n4、间苯二胺和氢氧化钠与有机相溶液中的均苯三甲酰氯单体充分接触并在两相界面处发生聚合反应，在反渗透基膜上形成聚酰胺层，之后，将界面聚合后的反渗透基膜放入有机溶剂中进行静置，以漂洗掉未反应的均苯三甲酰氯单体，然后将其放入烘箱中进行热处理，以使形成的聚酰胺层进一步交联，提高其致密性和稳定性，经冷却得到引入官能团修饰的g/go、g-c3n4海水淡化反渗透膜。

20、将制备得到的反渗透膜利用太赫兹光谱技术进行表征，将引入官能团修饰的g/go、g-c3n4海水淡化反渗透膜裁剪至合适大小，放置在太赫兹光谱仪样品台上，选择光滑、平整、均匀的区域作为采样区域，以金镜为背景，空气湿度2％～4％，采用反射式模式，得到膜的太赫兹谱图，重点关注1～3thz频率下的反射率。

21、本发明通过将官能团修饰的g/go、g-c3n4引入到反渗透膜聚酰胺层中，g/go、g-c3n4带有的丰富的官能团能够参与界面聚合反应，调控界面聚合反应过程，调节膜表面形貌、亲疏水性、粗糙度、层间结构、交联程度、孔径分布等特性，改善反渗透膜的渗透和分离性能；此外，通过在水相溶液中添加氢氧化钠以中和酰化反应产生的氯化氢，加快了酰化反应速度；通过超声辅助提高官能团修饰的g/go、g-c3n4在水相溶液中的分散性，避免了其在水相溶液中的团聚问题，并均匀的参与界面聚合反应；通过将界面聚合后的反渗透基膜浸没到有机溶剂中进行静置，能够将膜表面残留的未反应的均苯三甲酰氯单体漂洗掉，进一步提高了制备的海水淡化反渗透膜的均一性和稳定性。在太赫兹表征过程中，固定空气湿度在2％～4％，以避免空气中的水分对太赫兹谱图产生影响，重点关注1～3thz频率下的反射率，是因为该频率下具有很高的信噪比。

22、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。