一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及其制备方法，所述PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜包括聚乙烯多孔支撑层、ZIFs纳米材料层以及两层PA功能分离层。所述ZIFs纳米材料层位于聚乙烯多孔支撑层的孔内和表面，通过在聚乙烯多孔支撑层上原位生长亲水性的ZIFs纳米材料制得。所述两层PA功能分离层位于ZIFs纳米材料层上面，是通过二次界面聚合密封得到的聚芳香酰胺致密分离层。纳米材料均匀覆盖在多孔支撑层上，提供了特有的水通道与较高的表面粗糙度，提升了正渗透膜的水通量；二次界面聚合密封得到的两层PA功能分离层弥补了纳米材料层缺陷，降低了盐反混通量。降低了盐反混通量。降低了盐反混通量。

【技术实现步骤摘要】
一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜分离
，具体涉及一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]正渗透过程(Forward Osmosis，简称FO)是一种模拟自然现象，以正渗透膜两侧溶液的渗透压差为驱动力，驱动纯水从原料液(低渗透压)一侧扩散到汲取液(高渗透压)一侧的膜分离过程。因此首先FO过程不需要压力驱动，能耗较低。最近的研究发现FO过程中，膜的颗粒截留效果较好，并且膜污染趋势非常低，通过简单的水力冲洗就可完全恢复，因此可以用于高污染的水体的处理。同时FO过程具有较高的水回收率，可降低海水淡化过程中浓盐水的排放，减少对环境的影响。在食品和医药领域，不同于压力过程和加热过程，FO技术具有保持食物物理化学性质不变的特点。另外FO技术还可用于药物的控制和定点释放过程。由于FO过程具有诸多优点，未来可能会替代传统的技术用于更多的工业应用中。
[0003]在聚砜(PSF)多孔载体上制备的聚酰胺膜是商业上最成功的膜。采用相转化法制备的聚砜和聚醚砜膜具有良好的耐热性、良好的化学稳定性和易于制备等优点，已广泛应用于工业分离膜的支撑层材料。PSF载体相对较为亲水，适合用于界面聚合。但聚砜层机械强度相对较低，对芳烃、酮、醚、酯等化学物质的耐性较差，因此探索别的基膜材料是必要的。聚乙烯锂离子电池隔膜(PE)是由乙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，PE具有相对较低的成本、优异的机械、化学坚固性以及其高度开放和相互连接的孔结构而产生的低质量运输阻力等优点，因此PE隔膜一直是最主要的商业隔膜，在各种电子领域都有着广泛的应用。近年来许多研究者专注于研究隔膜对电池的影响，有研究者注意到用PE隔膜作为分离膜的基膜，可以应用到正渗透，且获得了较好的性能。
[0004]金属有机框架类材料(Meta1
‑
Organic Frameworks，MOFs)，是由金属离子或金属簇与多齿有机配体通过氧、氮连接而形成的具有周期性网络结构的新型有机一无机杂化多孔材料，特别是沸石咪唑盐框架(ZIFs)作为潜在的膜材料引起了人们的兴趣。由锌或钴金属和咪唑基连接基团组成的ZIFs具有较高的热稳定性和化学稳定性，具有类似沸石的拓扑结构和均匀的孔径。ZIFs因其高热稳定性(高达550℃)、在各种溶剂中的高耐化学性以及比任何其他MOF都低的合成温度而成为被广泛研究的MOF膜。
[0005]基于PSF的MOF复合正渗透膜已经得到了广泛的研究，但是还没有PE基ZIFs/PA(聚酰胺)复合正渗透膜的相关，于是本专利技术提供了一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及制备方法。

技术实现思路

[0006]为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术提供了一种PE基ZIFs/PA(聚酰胺)二次密封的复合正渗透膜及其制备方法，主要解决了现有的正渗透膜底膜成本高，机械性能差，不能同时具备高水通量和耐压的问题，本专利技术旨在通过在多孔支撑层材料上原位生长纳米材料，
再二次界面聚合覆盖双层聚芳香酰胺分离层，得到一种新型的正渗透膜。
[0007]本专利技术的PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜保证了高水通量和低盐反混通量，同时还能够耐压，可以用于急救水袋、航空航天、食品浓缩、制药、绿色能源、植物保护箱、海水淡化、硬水软化、工业废水等领域。
[0008]本专利技术主要为了在聚乙烯多孔底膜上制备正渗透膜并提升正渗透膜的水通量和保留较低的盐反混通量。所述PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜包括聚乙烯多孔支撑层、ZIFs纳米材料层以及两层PA功能分离层。所述ZIFs纳米材料层位于聚乙烯多孔支撑层的孔内和表面，通过在聚乙烯多孔支撑层上原位生长亲水性的ZIFs纳米材料制得。所述两层PA功能分离层位于ZIFs纳米材料层上面，是通过二次界面聚合密封得到的聚芳香酰胺致密分离层。纳米材料均匀覆盖在多孔支撑层上，提供了特有的水通道与较高的表面粗糙度，提升了正渗透膜的水通量；二次界面聚合密封得到的两层PA功能分离层弥补了纳米材料层缺陷，降低了盐反混通量。
[0009]一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜，所述正渗透膜包含：包括聚烯烃多孔支撑层、ZIFs纳米材料层、两层聚芳香酰胺致密分离层，所述ZIFs纳米材料层位于聚烯烃多孔支撑层的孔内和表面；
[0010]所述聚烯烃多孔支撑层为由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等聚合物中的一种或多种组成，其厚度为5
‑
100微米；
[0011]ZIFs纳米颗粒包括ZIF
‑
7、ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、ZIF
‑
90等纳米粒子；
[0012]所述两层聚芳香酰胺致密分离层由多于一个功能团的芳香胺和多于一个功能团的芳香酰氯通过二次界面聚合反应生成；
[0013]所述多于一个功能团的芳香胺为间苯二胺、邻苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪或其衍生物中任意一种或两种质量比为1:1～1:10的混合物；
[0014]所述多于一个功能团的芳香酰氯为均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、多元磺酰中的一种或任意两种质量比为1:1～1:5的混合物；
[0015]本专利技术所采用的技术方案：一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜及其制备方法，取本
技术实现思路
中的典型案例，以其中的一种ZIFs材料作为实验对象，所述方法按照如下步骤进行：
[0016](1)将聚烯烃支撑材料依次分别与金属前体的甲醇溶液、配体的甲醇溶液接触一段时间后，除去多余溶液，晾干，得到含有ZIFs纳米材料的支撑层材料；
[0017]所述聚烯烃支撑材料是由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或多种组成的，厚度为5～100微米；
[0018]所述金属前体的甲醇溶液的浓度为0.01～10wt％；所述金属前体选自氧化锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或多种；与金属前体的甲醇溶液接触时间为0.01～24h；
[0019]所述配体的甲醇溶液的浓度为0.01～7wt％；所述配体选自苯并咪唑、2
‑
甲基咪唑、咪唑
‑2‑
甲醛、2
‑
氨基苯并咪唑中的一种或多种的混合物；与配体的甲醇溶液接触时间为0.01～24h；
[0020](2)将步骤(1)所得含有ZIFs纳米材料的支撑层材料依次分别与水相单体溶液A、有机相单体溶液、水相单体溶液B接触一定时间，除去多余溶液，热处理，之后经醇活化一定
时间，得到PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜。
[0021]所述水相单体溶液的浓度为0.001～5wt％，溶剂为去离子水和丙酮的混合物，水相单体选自间苯二胺、邻苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪中的任意一种，或者任意两种质量比为1：1～5的混合物；与水相单体溶液接触的时间为1～30min。
[0022]所述有机相单体溶液的浓度为0.001～5wt％，溶剂为正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜，其特征在于，所述正渗透膜包含：包括聚烯烃多孔支撑层、ZIFs纳米材料层、两层聚芳香酰胺致密分离层，所述ZIFs纳米材料层位于所述聚烯烃多孔支撑层的孔内和表面，所述的两层聚芳香酰胺致密分离层覆盖在所述聚烯烃多孔支撑层和ZIFs纳米材料层上。2.根据权利要求1所述的PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜，其特征在于，所述聚烯烃多孔支撑层为由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯聚合物中的一种或多种组成，其厚度为5
‑
100微米；所述ZIFs纳米材料层上的ZIFs纳米颗粒为ZIF
‑
7、ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、ZIF
‑
90纳米粒子中的至少一种。3.根据权利要求1所述的PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜，其特征在于：所述两层聚芳香酰胺致密分离层由多于一个功能团的芳香胺和多于一个功能团的芳香酰氯通过二次界面聚合反应生成；所述多于一个功能团的芳香胺为间苯二胺、邻苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪或其衍生物中任意一种或两种质量比为1:1～1:10的混合物；所述多于一个功能团的芳香酰氯为均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、多元磺酰中的一种或任意两种质量比为1:1～1:5的混合物。4.根据权利要求1所述的PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚烯烃支撑材料依次分别与金属前体的甲醇溶液、配体的甲醇溶液接触一段时间后，除去多余溶液，晾干，得到含有ZIFs纳米材料的支撑层材料；(2)将步骤(1)所得含有ZIFs纳米材料的支撑层材料依次分别与水相单体溶液A、有机相单体溶液、水相单体溶液B接触一定时间，除去多余溶液，热处理，之后经醇活化一定时间，得到PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜。5.根据权利要求4所述的PE基ZIFs/PA二次密封的复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：所述的ZIFs纳米材的ZIFs纳米粒子是由金属前体和咪唑配体混合制成的；所述的金属前体为氧化锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或多种；所述金属前体的甲醇溶液的浓度为0.01～10wt％，与金属前体...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立新，马俊梅，李士洋，王庆一，林明杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：