本技术公开了一种基于纳米气泡辅助自由界面聚合策略的聚酰胺复合膜及其制备方法和应用，通过在水相溶液中负载不同种类及浓度的纳米气泡前驱体(化学法)，依靠前驱体与水之间的反应或前驱体的自分解，在水相溶液中预构筑纳米气泡，在自由界面聚合工艺下，利用水相溶液中和相界面处纳米气泡的向上迁移，由下至上实现了对聚酰胺分离层结构的层次化调控，有效改善了聚酰胺分离层的底部开口特性、内部纳米空腔结构、以及表面形态特征，显著增强了水分子的跨膜传输速率，并降低了水力阻力，在不牺牲聚酰胺复合膜截盐率的前提下，明显改善了膜的水通量。
背景技术
聚酰胺复合膜广泛应用于水净化、废水回用和海水淡化等领域，膜的渗透性与选择性通常由致密聚酰胺分离层的物理化学性质所决定。研究表明，在聚酰胺分离层表面典型的“脊-谷”、条状、叶状等形态下方，可能存在着改善聚酰胺复合膜透水面积、降低水力阻力的纳米空腔结构。近年来，研究人员基于对界面聚合过程中反应热和副产物酸的深入研究，创新性地提出界面汽化和界面脱气观点，为纳米空腔的形成提供了一种合理的解释。以上观点在一定程度上促进了纳米气泡策略的发展，并为膜内纳米空腔的设计开辟了一条新的路径。
目前，纳米气泡的产生方式通常分为原位反应以及通过物理或化学手段在水相溶液中预分散纳米气泡，且最终均应用于原位界面聚合工艺。专利CN 110545903B具有纳米尺寸气泡的膜渗透性增强的薄膜复合膜、其制备方法和用途，通过存在于水相溶液的反应性添加剂或可溶性气体、或在水相溶液中使用纳米气泡发生器或超声波以产生纳米气泡，进而通过原位界面聚合形成了含纳米空腔的聚酰胺分离层。专利CN 116920637 B一种化学气泡同步提高通量及截留率的致密膜及其制备方法，以碳酰肼为水相单体，利用碳酰肼独特的结构，在碱性条件下反应释放大量纳米气泡，同时与均苯三甲酰氯聚合生成致密的聚酰胺分离层，致使聚酰胺分离层在不断产生的气泡中形成富含纳米空腔的疏松结构，增大了膜的有效过滤面积。然而，原位反应难以保证纳米气泡产生的有效性，并且在水相胺单体和有机相酰氯单体的瞬时反应过程中，通过反应性添加剂原位形成的纳米气泡可能难以被聚酰胺捕获，从而影响纳米空腔结构的形成。此外，在原位界面聚合工艺下，快速释放的纳米气泡往往受到支撑层的限制而无法逃逸，在界面处积累，从而引起强烈的界面波动，最终影响聚酰胺分离层的交联过程及精细结构，损害其选择性。通过在水相溶液中预压入可溶性气体、利用气泡发生器在水相溶液中生成纳米气泡、对水相溶液进行超声处理等物理手段可以有效避免上述问题。然而，上述在水相溶液中预分散纳米气泡的方法同样受到原位界面聚合工艺的影响。在原位界面聚合过程中，支撑层表面的水相溶液通常通过自然晾干或辊干等方式去除，这可能会引起纳米气泡的大量消失，从而削弱了其对聚酰胺分离层内纳米空腔结构的调控能力。这些问题制约了纳米气泡调控聚酰胺复合膜结构的发展。
实现思路