一种具有电响应调控功能的PEDOT导电纳滤膜及其制备方法与应用

本发明属于纳滤膜，具体涉及一种具有电响应调控功能的pedot导电纳滤膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、全球纺织业每年产生大量生产废水，废水内部含有高浓度染料、无机盐及多种难降解有机污染物，对自然生态系统与人类身体健康构成严重威胁。在染料合成、织物染色的工业流程中，通常会添加nacl、na2so4、mgso4等无机盐，用以提升染料的纯度和染色稳定性。但该工艺导致纺织废水盐分浓度极高、水质组分复杂，给废水后续处理、净化回用及资源化利用带来极大挑战。

2、染料与无机盐共存的水质特征，使得传统水处理工艺难以实现染料与盐的高效精准分离和资源回收，严重制约纺织废水闭环循环利用体系的构建。纳滤膜因操作简便、运行能耗低的优势，在染料废水脱盐领域具备良好应用前景。但传统聚酰胺纳滤膜存在固有缺陷，膜表面电荷、孔径结构固定，对无机盐截留率偏高，无法实现染料与盐的差异化高效分离，分离选择性差。

3、将电响应调控特性引入纳滤分离系统，是突破传统纳滤膜分离瓶颈的有效途径。传统纳滤膜仅依靠自身官能团解离被动形成膜电荷，电荷状态无法调控；而导电纳滤膜在外加电势作用下，可实现膜内部电荷定向重分布，主动调控膜与不同电荷、不同价态离子的静电相互作用，改变道南排斥效应强度。通过调节外加电压的大小与极性，可动态调控cl-、so42-等无机阴离子的渗透速率，在保证高染料截留率的同时，大幅提升盐分渗透性能，显著提升染料/盐分离选择性。

4、目前电调控纳滤技术的研究仍存在明显短板，现有导电纳滤膜的研究多聚焦于利用膜导电性提升抗污染性能、优化电辅助清洗效率，针对外加电势动态调控染料、盐离子选择性渗透的系统性机理研究、工况适配性及性能量化评估体系较为匮乏。同时，现有导电膜多采用表面涂覆、物理共混方式引入导电组分，易造成导电相分布不均、导电通路不连续，大幅削弱膜的电响应能力与选择性调控效果。其根本原因在于，现有工艺将膜多孔结构成型与导电功能构筑作为两个独立体系，采用不同配方与添加剂制备，未实现结构与功能的一体化集成。

5、针对现有技术缺陷，本发明提出界面聚合与原位自聚合协同制备策略，原位构建嵌入式pedot连续导电网络，一体化形成pa/pedot互穿导电选择层，保证导电通路连续均匀，实现膜分离性能与电响应调控性能的同步优化，为高选择性导电纳滤膜的设计制备及纺织废水资源化利用提供新的技术方案。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种具有电响应调控功能的pedot导电纳滤膜及其制备方法与应用，解决传统聚酰胺纳滤膜结构固定、界面电荷不可调控，无法实现染料与盐离子高效选择性分离，以及膜污染严重、长期运行稳定性差、清洗复用率低的技术问题；本发明通过构筑一体化pa/pedot互穿导电选择层，赋予膜稳定的筛分结构与可逆电响应调控能力，依托外加电位动态调控膜界面电荷状态与离子传输行为，实现染料高效截留、盐离子快速透过，同时利用电辅助作用抑制污染物附着，提升膜的抗污染性能与循环运行稳定性。

2、技术方案：第一方面，本发明提供一种具有电响应调控功能的pedot导电纳滤膜，所述导电纳滤膜以截留分子量20 kda的聚醚砜超滤膜为支撑基底，膜表面原位构筑有pa/pedot互穿导电选择层；所述选择层由聚酰胺网络与原位聚合生成的pedot导电网络相互穿插嵌合而成，导电通路连续均匀；所述导电纳滤膜具备可逆电响应特性，可通过调节外加电压的大小和极性，动态调控染料截留性能与盐离子渗透性能。

3、第二方面，本发明提供第一方面所述的具有电响应调控功能的pedot导电纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、基膜预处理：选取截留分子量20 kda的聚醚砜（pes）超滤膜作为支撑基底，将pes基膜浸泡于去离子水中30 min，去除膜表面保护剂，保证基膜完全润湿，得到预处理后的pes基膜，备用；

5、s2、水相功能层负载：将含dat·2hcl（3,4-二氨基噻吩二盐酸盐）和edot（3,4-乙烯二氧噻吩）的无水乙醇混合溶液均匀滴加至预处理后的pes基膜表面，常温反应5 min，采用滚轮去除基膜表面多余溶液，干燥处理；

6、s3、界面聚合反应：将均苯三甲酰氯（tmc）的异丙醇溶液均匀覆盖于膜表面，反应10 min，通过滚轮去除膜表面过量有机相溶液；

7、s4、原位氧化聚合：将fecl3水溶液均匀涂覆于膜表面，反应10 min，滚轮去除多余溶液并干燥，得到复合膜；

8、s5、热处理与后处理：将所得复合膜置于80 ℃烘箱中热处理10 min，稳定选择层结构；随后采用乙醇溶液、去离子水依次清洗膜材料1 h，去除残余单体与反应副产物，最终将膜储存于4 ℃去离子水中备用。

9、优选的，步骤s2的混合溶液中，edot的终浓度为0.1～0.5 m，dat·2hcl的终浓度为2.5～20 mmol/l。

10、进一步的，edot的终浓度为0.3 mol/l，dat·2hcl的终浓度为5 mmol/l时，导电纳滤膜的导电网络连续性、结构稳定性及电响应分离性能最优。

11、优选的，步骤s3中均苯三甲酰氯（tmc）的异丙醇溶液的浓度为5 mmol/l。

12、优选的，步骤s4中fecl3水溶液的浓度为0.75 mol/l。

13、优选的，步骤s5中乙醇溶液的浓度为10 wt%。

14、第三方面，本发明提供第一方面所述的具有电响应调控功能的pedot导电纳滤膜在染料/盐选择性分离、废水资源化回用及膜污染电辅助清洗再生上的应用。

15、有益效果：1）本发明采用界面聚合与原位氧化聚合协同策略，一体化构筑pa/pedot互穿导电选择层，彻底解决传统共混、涂覆工艺导电相分布不均、通路不连续的问题，膜结构稳定性、导电均匀性大幅提升，电响应调控灵敏可逆；

16、2）本发明导电纳滤膜具备优异的染料/盐选择性分离性能，优化工况下（edot浓度0.3 mol/l、-0.5 v阴极条件），相较于未改性膜，nacl截留率由23.58%降至3.77%，刚果红截留率由96.22%升至99.58%，染料/盐选择性由20.23提升至227.32，实现染料高效截留、盐离子快速透过的协同分离效果；

17、3）本发明膜材料电响应调控灵活，不同电压极性可实现分离性能可逆切换，-0.5v阴极工况对盐离子传输的促进效果显著优于+0.5 v阳极工况，可适配不同水质、不同处理需求的动态调控；

18、4）本发明膜材料长期运行稳定性优异，-0.5 v连续运行9 h过程中，刚果红截留率稳定保持99%以上，盐离子维持低截留水平；同时具备优异的抗污染与循环再生性能，通过电辅助清洗可快速恢复膜分离通量与截留性能，可长期循环使用，运行成本低；

19、5）本发明工艺简单可控、参数可调，可通过简单调控单体浓度优化膜结构与性能，适配不同盐浓度、染料浓度、ph值的印染废水处理场景，通用性强，工业化应用前景广阔。