一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。本发明专利技术以ZIFs粒子负载纳米管为亲水性填料，对聚合物基体进行共混改性，污水中水分子与ZIFs粒子负载纳米管中的N原子形成氢键；ZIFs粒子负载纳米管与水分子之间存在的静电作用和氢键作用会在膜表面形成水化层，使得超滤膜亲水性增加。水化层为膜表面提供了一层屏障，使得污染物分子不易与膜表面接触，提高超滤膜的抗污染性能。由于ZIFs粒子负载纳米管表面带正电，管与管之间的斥力增加，进而使ZIFs/NTs纳米粒子在溶液中良好分散，避免发生团聚，使超滤膜表层不易产生缺陷，从而提高超滤膜的渗透性能和抗污染性能。滤膜的渗透性能和抗污染性能。滤膜的渗透性能和抗污染性能。

【技术实现步骤摘要】
一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水资源的可持续开发是现代社会和经济发展的关键，膜分离作为一种新兴的分离技术出现于20世纪初，并在20世纪60年代后迅速崛起。随着现代科学技术的飞速发展，人们对分离技术的认识越来越深，对分离技术的要求也越来越严格。如今，膜分离技术的种类日益增多、分类更加细化、应用领域也日趋广泛。由于超滤技术具有相态不变、无需加热、设备简单、占地面积小、操作压力低和能量消耗低等明显优点，快速从研究转向实际应用，并在工业上迅速得到大规模应用。但在实际应用过程中，分离体系中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜表面或膜孔内发生吸附和沉积，从而造成膜污染，导致通量下降，缩短膜寿命。
[0003]为了得到高通量、高选择性、耐污染的超滤膜，越来越多的科研人员引入各种类型的亲水型聚合物或纳米颗粒，通过物理化学作用使其均匀牢固分布在膜表面，在表面引入新的功能基团以增加膜表面的亲水性，亲水的表面不仅有利于水分子的渗透，而且会在膜表面形成水化层使膜表面的抗污染性能增强。具体改性方法主要有本体改性、共混改性和表面改性三种。LiJian
‑
Hua等(J.H.Li,Y.Y.Xu,L.P.Zhu,J.H.Wang,C.H.Du.Fabrication andcharacterization of a novel TiO
2 nanoparticle self
‑
assembly membrane withimproved fouling resistance.J.Membr.Sci.2009,326(2):659
‑
666.)通过控制四异丙氧钛水解制备纳米二氧化钛分散液，将相转化法制备的超高分子量聚苯乙烯
‑
马来酸酐/聚偏氟乙烯共混膜浸泡在二氧化钛纳米颗粒分散液中七天，得到新型二氧化钛纳米粒子自组装膜。G.Arthanareeswaran等(G. Arthanareeswaran,T.K.Sriyamuna Devi,M.Raajenthiren.Effect of silicaparticles on cellulose acetate blend ultrafiltration membranes:Part I.Sep.Purif. Technol.2008,64(1):38
–
47)以N,N
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二甲基甲酰胺为极性溶剂，在醋酸纤维素聚合物中加入10～40wt.％的二氧化硅颗粒，然后采用浸渍沉淀相转化法制备有机
‑
无机超滤膜。然而，无机纳米粒子与聚砜聚合物之间的不相容性会产生非理想效应，如界面空隙，粒子流出、颗粒堵塞膜孔等；由于强表面张力和高表面能所引起的填料团聚现象，导致无机纳米粒子在聚合物基体内分散不均匀；无机颗粒与膜基质之间的结合能力较弱，复合超滤膜在应用中稳定性较差。Sofiah Hamzah等(Sofiah Hamzah,Nora
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aini Ali,Abdul WahabMohammad,Marinah Mohd Ariffin and Asmadi Ali.Design of chitosan/PSfself
‑
assembly membrane to mitigate fouling and enhance performance in trypsinseparation.J.Chem.Technol.Biotechnol.2011,87(8):1157
‑
1166)通过改变聚砜膜在壳聚糖溶液中的浸渍时间，制备了三种经壳聚糖表面改性的复合超滤膜。然而，较短的浸渍时间，使得膜表面的壳聚糖分散不均，并发生团聚现象；较长的浸渍时间，使更多的壳聚糖沉积在膜表面和膜孔中；这些都会降低超滤膜的亲水性，
从而缩短了膜的寿命，降低膜抗污染性能。
[0004]金属有机骨架材料(MOFs)是近几年得到研究学者普遍关注并被广泛研究的一种新型纳米材料。类沸石金属有机骨架材料(ZIFs)是MOFs的一种，其配位中心离子主要是二价的金属锌和金属钴，与金属中心配位的有机配体是咪唑或咪唑衍生物，具有无机材料刚性和有机材料柔性的特征。目前，虽然已公开将MOF材料用于水处理，但MOF材料不亲水，会在聚合物基质中发生团聚和流失，降低超滤膜的通量和抗污染性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜及其制备方法和应用，所制备的ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜具有高通量和优异的抗污染性能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将锌源、咪唑类化合物、纳米管和第一溶剂混合，进行水热合成反应，得到ZIFs粒子负载纳米管；
[0009]将所述ZIFs粒子负载纳米管、聚合物基体和第二溶剂混合，将所得铸膜液进行铺膜，得到ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜。
[0010]优选的，所述锌源包括硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌、氯化锌、碘化锌或乙酰丙酮锌。
[0011]优选的，所述咪唑类化合物包括咪唑、2
‑
甲基咪唑、2
‑
乙基咪唑、2
‑
硝基咪唑、苯并咪唑、4,5
‑
二氯咪唑、5
‑
氯苯并咪唑、5,6
‑
二甲基苯并咪唑、嘌呤、咪唑
‑2‑
甲醛、N
‑
乙酰基咪唑、甲基苯并三氮唑、苯并咪唑
‑5‑
羧酸、N
‑ꢀ
苯甲酰咪唑、2
‑
巯基咪唑或2
‑
羟甲基苯并咪唑；所述锌源和咪唑类化合物的摩尔比为1:(2～72)。
[0012]优选的，所述纳米管为碳纳米管、埃洛石纳米管、二氧化钛纳米管、氧化铝纳米管或二氧化硅纳米管；所述埃洛石纳米管的外径为50～70nm，内径为15～30nm，长度为0.5～1.5μm；所述锌源与纳米管的摩尔比为1:(0.01～10)。
[0013]优选的，所述水热合成反应中，还包括添加反应助剂，所述反应助剂包括正丁胺、正己胺、聚乙烯吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基十八胺、N,N
‑
二甲基乙二胺、N,N,N',N'
‑
四甲基乙二胺、N,N,N',N'
‑
四甲基
‑
1,6
‑
己二胺、二乙醇胺、N,N
‑ꢀ
二甲基丁胺、1
‑
溴代戊烷、1
‑
溴代辛烷、1
‑
溴代十六烷、溴代环戊烷、四甲基丁二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌源、咪唑类化合物、纳米管和第一溶剂混合，进行水热合成反应，得到ZIFs粒子负载纳米管；将所述ZIFs粒子负载纳米管、聚合物基体和第二溶剂混合，将所得铸膜液进行铺膜，得到ZIFs粒子负载纳米管改性聚合物基超滤膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌源包括硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌、氯化锌、碘化锌或乙酰丙酮锌。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述咪唑类化合物包括咪唑、2
‑
甲基咪唑、2
‑
乙基咪唑、2
‑
硝基咪唑、苯并咪唑、4,5
‑
二氯咪唑、5
‑
氯苯并咪唑、5,6
‑
二甲基苯并咪唑、嘌呤、咪唑
‑2‑
甲醛、N
‑
乙酰基咪唑、甲基苯并三氮唑、苯并咪唑
‑5‑
羧酸、N
‑
苯甲酰咪唑、2
‑
巯基咪唑或2
‑
羟甲基苯并咪唑；所述锌源和咪唑类化合物的摩尔比为1:(2～72)。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米管为碳纳米管、埃洛石纳米管、二氧化钛纳米管、氧化铝纳米管或二氧化硅纳米管；所述埃洛石纳米管的外径为50～70nm，内径为15～30nm，长度为0.5～1.5μm；所述锌源与纳米管的摩尔比为1:(0.01～10)。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水热合成反应中，还包括添加反应助剂，所述反应助剂包括正丁胺、正己胺、聚乙烯吡咯烷酮、N,N
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二甲基十八胺、N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：周宏伟，陈盼，戴江南，王帅，王大明，赵晓刚，陈春海，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：