一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜及其制备方法，将异形微米级颗粒作为基膜上的储水位点，能够以水滴的形式在基膜表面保留水相组分，为界面聚合反应提供了优于膜孔的反应条件，减少了传质、传热和能量传递时的局限，从而有利于无缺陷聚酰胺薄层的形成。异型微米颗粒的存在支撑起分离层，在分离层与基膜形成空腔结构，避免聚酰胺向膜孔的渗入，从而得到高效输水通路，得到含空腔结构的复合纳滤膜，此空腔结构可以为水提供良好的水传输通道，同时减轻水阻力，保护基膜膜孔，提高水的渗透性，并且不影响膜的选择性能，最终在基膜表面实现了拥有空腔结构的复合纳滤膜，实现膜性能的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜及其制备方法
本专利技术属于膜分离
，涉及一种复合纳滤膜及其制备方法，具体涉及一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜制备方法。
技术介绍
随着社会发展的趋势，近代工业及产业的快速发展，导致水污染问题越发严重，水资源短缺问题也日益突出。为了解决水短缺和污染问题，分离技术已经被证明是水处理技术中特别高效的技术。纳滤膜技术是一种节能环保的新型分离技术，其以选择性纳滤膜为分离介质，在压力差的作用下，通过筛分效应和介电效应能够选择性地分离高价无机盐和水，进而达到分离提纯的目的。此方法与传统的分离方法相比，具有显著的经济效应优势，且分离效率高、操作方便、占地面积小、易于放大集成。所以，由于通量高，操作压力低等特点，纳滤膜技术在过去中得到蓬勃发展，纳滤膜通过介电效应和筛分效应对进料液中不同组分进行分离。由于渗透性和选择性之间的平衡的问题，膜在过滤效率方面存在很大的挑战。为了使渗透性和选择性效益最大化，进一步提高水处理效率，降低运行成本，拓宽纳滤膜的应用范围，迫切需要具有较高的选择性的纳滤膜。纳滤膜主要是通过在机械坚固的膜基底表面进行界面聚合来制造的。基膜上方的聚酰胺层是通过水相二胺单体和有机相单体之间的界面反应合成的。由于界面反应是一个扩散-反应过程，合理控制水相单体的扩散速率和扩散位置可以开发高渗透性聚酰胺。制备传统纳滤膜时由于水相单体无法控制，可能导致单体浸入膜孔，从而在基膜膜孔内发生界面反应，导致堵塞膜孔，聚酰胺层和基膜产生牢固的“互锁效应”，增加水的传质阻力，降低水的渗透性。因其复杂性和不可控性严重限制了纳滤膜的发展。公开号为CN103831026A的中国专利公开了一种中空纤维复合纳滤膜的制备方法，利用均苯三甲酰氯与哌嗪或间苯二胺的界面聚合反应在聚砜材质的中空纤维超滤膜上构建了聚酰胺结构的分离层。公开号为CN105498547A的中国专利公开了一种中空纤维复合纳滤膜的制备方法，将碳纳米管等填料加入界面聚合反应中，从而使之包埋在纳滤膜的分离层中，提升了纳滤膜的性能。但是上述技术并未聚酰胺层和基膜产生牢固的“互锁效应”，增加水的传质阻力，降低水的渗透性。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是为了解决现有聚酰胺层和基膜产生牢固的“互锁效应”，增加水的传质阻力，降低水的渗透性的缺陷而提供一种减轻水阻力，保护基膜膜孔，提高水的渗透性，并且不影响膜的选择性能的具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜。本专利技术的第二个目的是为了提供该具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，所述高性能纳滤膜由支撑基膜、亲水异形微米颗粒和分离层复合制得，所述亲水异形微米颗粒离散分布于支撑基膜表面；所述分离层采用界面聚合法形成，界面聚合所用的单体包括水相单体和有机相单体，水相单体在支撑基膜表面发生界面反应，得到空腔结构的高性能纳滤膜。在本专利技术中，本专利技术将异形微米级颗粒作为基膜上的储水位点，能够以水滴的形式在基膜表面保留水相组分，为界面聚合反应提供了优于膜孔的反应条件，减少了传质、传热和能量传递时的局限，从而有利于无缺陷聚酰胺薄层的形成。异型微米颗粒的存在支撑起分离层，在分离层与基膜形成空腔结构，避免聚酰胺向膜孔的渗入，从而得到高效输水通路，得到含空腔结构的复合纳滤膜，此空腔结构可以为水提供良好的水传输通道，同时减轻水阻力，保护基膜膜孔，提高水的渗透性，并且不影响膜的选择性能，最终在基膜表面实现了拥有空腔结构的复合纳滤膜，实现膜性能的提升。作为本专利技术的一种优选方案，所述亲水异形微米颗粒包括ZIF-8-PEI颗粒或UiO-66-NH2颗粒。作为本专利技术的一种优选方案，所述亲水异形微米颗粒的粒径大小为0.5μm-3μm。作为本专利技术的一种优选方案，所述支撑基膜包括聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜中的一种，支撑基膜孔径为10-20nm。本专利技术还提供了具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1）称取一定量的亲水异形微米颗粒，配制成异形微米颗粒水溶液，进行超声分散；2）将步骤1）得到的异形微米颗粒水溶液负载到支撑基膜表面；3）将步骤2）得到的支撑基膜浸泡入哌嗪水溶液中一段时间；4）将步骤3）得到的支撑基膜浸泡入均苯三甲酰氯正己烷溶液一段时间；5）将步骤4）得到的支撑基膜进行热处理，得到高效输水通路结构的高性能纳滤膜。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤1）中，异形微米颗粒水溶液的浓度为0.05%-0.2%，超声时间为30-90min。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤2）中，负载方法包括抽滤、沉积或蒸发。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤3）中，哌嗪水溶液的质量分数为0.2-0.4%，浸泡60-120s后进行抽滤、沥干和蒸发。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤4）中，均苯三甲酰氯正己烷溶液的质量浓度为0.01-0.04%，浸泡反应时间为0.5-2min。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤5）中，热处理的温度为50-60℃，热处理时间为2-10min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备的一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，该方法将异形微米颗粒负载引入到支撑基膜表面，然后进行界面聚合反应，为界面聚合反应提供了优于膜孔的反应条件，减少了传质、传热和能量传递时的局限，从而有利于无缺陷聚酰胺薄层的形成，在聚酰胺薄层与支撑基膜之间形成空腔结构，避免聚酰胺向膜孔的渗入，从而得到高效输水通路，得到含空腔结构的复合纳滤膜，此空腔结构可以为水提供良好的水传输通道，同时减轻水阻力，保护基膜膜孔，提高水的渗透性。附图说明图1为实施例1纳滤膜的断面TEM图。图2为比较例1纳滤膜的断面TEM图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术中，UiO-66-NH2颗粒的制备方法如下：称取0.3mmol2-氨基对苯二甲酸和0.3mmol的氯化锆分别溶解在30mL的N，N-二甲基甲酰胺中，将溶液分别超声30分钟后置于反应釜中，然后在120℃下加热24小时，将得到的溶液冷却至室温。然后将所得药品混合物离心分离，并用50mL无水乙醇洗涤3次以出去未反应的DMF，然后再次将洗涤完的药品离心分离并放入干燥箱80℃烘干12小时得到UiO-66-NH2颗粒。ZIF-8-PEI颗粒的制备方法如下：将25mmol的2-甲基咪唑和0.5mmol的聚乙烯亚胺(MW1800)溶解在50mL甲醇中，然后将混合溶液超声1个小时，使2-甲基咪唑和聚乙烯亚胺充分溶解在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，其特征在于，所述高性能纳滤膜由支撑基膜、亲水异形微米颗粒和分离层复合制得，所述亲水异形微米颗粒离散分布于支撑基膜表面；所述分离层采用界面聚合法形成，界面聚合所用的单体包括水相单体和有机相单体，水相单体在支撑基膜表面发生界面反应，得到空腔结构的高性能纳滤膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，其特征在于，所述高性能纳滤膜由支撑基膜、亲水异形微米颗粒和分离层复合制得，所述亲水异形微米颗粒离散分布于支撑基膜表面；所述分离层采用界面聚合法形成，界面聚合所用的单体包括水相单体和有机相单体，水相单体在支撑基膜表面发生界面反应，得到空腔结构的高性能纳滤膜。


2.根据权利要求1所述的一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，其特征在于，所述亲水异形微米颗粒包括ZIF-8-PEI颗粒或UiO-66-NH2颗粒。


3.根据权利要求1或2所述的一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，其特征在于，所述亲水异形微米颗粒的粒径大小为0.5μm-3μm。


4.根据权利要求1或2所述的一种具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜，其特征在于，所述支撑基膜包括聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜中的一种，支撑基膜孔径为10-20nm。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的具有高效输水通路结构的高性能纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)称取一定量的亲水异形微米颗粒，配制成异形微米颗粒水溶液，进行超声分散；
2)将步骤1)得到的异形微米颗粒水溶液负载到支撑基膜表面；
3)将步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，赵斌，郭志强，申沛鑫，钱怡冉，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12