基于金属有机框架MIL-88A(Fe)的混合基质正渗透膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MIL

【技术实现步骤摘要】
基于金属有机框架MIL
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88A (Fe) 的混合基质正渗透膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高分子混合基质正渗透膜及其制备方法，特别是涉及一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的和混合基质正渗透膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界人口的快速增长、经济技术的开发和发展及其引起的水环境污染问题加剧使得淡水资源的紧缺形式更加严峻，全球97％的水资源是存在于海洋、内陆海和地下盆地的咸水，无法饮用，可饮用的淡水仅占全球水资源总量的2％左右，其中，70％是以冰川、长年积雪的形式存在于南极。实际上，人类所能使用的淡水资源只占全球水资源的万分之一，数量极为有限。淡水资源的匮乏和日益严重的水污染已成为制约社会进步和经济发展的瓶颈，废污水资源化利用成为全球普遍关注的问题。由于经济的高速发展，产生大量的废污水，污水资源化已成为解决水资源危机的战略选择。在诸多的污水资源化技术中，膜分离技术是最好的选择之一。目前最有前景的解决方法是开发不可用水，如两极冰川的利用、地下水的开发采集以及海水的利用。其中，向占总水量97％左右的咸水（特别是海水）要水，是解决水资源短缺的重要途径之一。将海水经过脱盐形成淡水即海水淡化和污水资源化成为解决淡水短缺的重要方式。
[0003]过去的时间里，世界上发展了很多水处理技术用于海水淡化和污水资源化，膜处理技术是最好的选择之一。但是，传统的膜处理技术如微滤、超滤、纳滤和反渗透技术需要利用额外的压力作为驱动力，导致能耗较大、成本较高。
[0004]正渗透 (Forward osmosis, FO) 作为一种新兴的膜法水处理技术，无需外加动力，仅由渗透压（浓度差）驱动，表现出来的环境友好等特点，正受到越来越多的关注，成为目前水处理研究的新热点。除此之外，正渗透膜的寿命较长，通常是反渗透膜寿命的两倍。正渗透是最先进的脱盐工艺，因为它超越了其他压力驱动膜技术的缺点，正渗透技术具有明显的优势：（1）能耗非常低：独有的汲取液体系，不需外界压力推动分离过程；（2）有效防止膜污染的产生：膜材料本身亲水，没有外加压力推动，膜污染小；（3）是可实现零排放的环境友好型技术：在脱盐过程中，回收率高，没有浓盐水的排放；（4）应用非常广泛，可以在新能源、航天、海水淡化、污水处理、液体食品的浓缩、药物释放等诸多领域实现高效运行。它只是水通过半透膜的自发运动，在半透膜中，通过高浓度的提取溶液和稀释的进料溶液产生自然渗透势。由于在该过程中不使用外部液压，因此在过去十年中，它在膜科学中具有巨大的吸引力。在该过程中，水从较高水化学势（或较低渗透压）侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧区域，使原料液浓度升高，汲取液浓度相应降低，浓缩后的原料液可进一步处理再利用，将稀释后的汲取液中的汲取剂分离浓缩就可获得产品淡水。
[0005]由于正渗透技术具有一定的截留作用，从而会使得原料液中的溶质在膜的表面聚集，而另一侧由于有水通过使得边界浓度远低于驱动液主体，使得膜两侧渗透压差减小，从
而导致渗透过程中水通量的降低。因此，为了改善正渗透膜的分离性能，研究者不断寻找和改进分离膜的制备方法，切实提高正渗透膜的分离性能，如何制备高性能的正渗透膜则成了研究热点。前期的研究启示我们，利用共混技术改性膜材料，有望提高正渗透膜的水通量和截盐率，增强膜的渗透性能和耐污染性能，并且易于实现产业化。
[0006]随着纳米材料的发展，许多新型功能性纳米材料应用于正渗透膜中，以提高膜的正渗透性能。金属有机骨架材料（Metal Organic Framework，简称MOFs）是由无机金属中心（金属离子或金属簇）与侨联的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的杂化晶体多孔材料。MIL系列的铁基金属有机骨架材料具有良好的稳定性，且形成的多面体框架结构拥有较高的孔隙率，可以将其添加至膜中，改善正渗透膜的性能。将纳米材料均匀负载在膜上，可提升膜的水通量，降低内部浓差极化等。因此，通过引入合适的材料增加正渗透膜的正渗透性能是重要的研究方向。专利技术专利201510245514.8、202110172217.0、和ZL201410769752.4、201510245504.4分别采用纳米二氧化钛和酸活化黑滑石与醋酸纤维素共混制备平板式和中空纤维正渗透膜，制备的正渗透膜的渗透性能和分离性能得到了改善。因此，选择合适的金属有机骨架材料添加到正渗透膜中，有望改善正渗透膜的纯水通量和截盐率，改善基础正渗透膜的不足，满足商业化生产和应用需求。
[0007]近年来膜科技工作者一直在思索和研究如何在提高亲水性的同时，又使正渗透膜具有抗污染性和保持水通量的稳定性。本专利技术采用金属有机骨架MIL
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88A(Fe)为改性添加剂，制备渗透性和选择性更为优良的正渗透膜，以提高混合基正渗透膜的亲水性、截盐性能和耐污染性等性能的研究，国内外尚未见文献报道。

技术实现思路

[0008]为解决以上技术问题，本专利技术的第一个目的是提供一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜，本专利技术的另一个目的是提供该混合基质正渗透膜的制备方法。
[0009]为实现上述第一专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜，是由以下质量百分比的物质组成的：聚合物膜材料8.0%～16.0%(w/w)、致孔剂2.0%～10.0%(w/w)、添加剂2.0%～10.0%(w/w)、金属有机框架MIL
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88A（Fe） 0.2%～1.0%(w/w)、有机溶剂63.0%～87.8%(w/w)；所述的聚合物膜材料为二醋酸纤维素或三醋酸纤维素，含量为8.0%～16.0%(w/w)；所述的致孔剂为乳酸，含量为2.0%～10.0%(w/w)；所述的添加剂为甲醇，含量为2.0%～10.0%(w/w)；所述的金属有机框架MIL
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88A（Fe）为一种表面光滑的规则多面体纳米材料，含量为0.2%～1.0%(w/w)；所述的有机溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺或N,N
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二甲基甲酰胺，含量为63.0%～87.8%(w/w)。
[0010]一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）制备纳米材料MIL
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88A(Fe)。
[0011]将富马酸 (fumaricacid）和六水合三氯化铁 (FeCl3·
6H2O）加入至去离子水中，超声分散，室温下搅拌均匀，将混合溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，并在85 ℃条件下反应12 h；待反应釜自然冷却至室温后，离心，洗涤，干燥，研磨得到淡黄色固体粉末MIL
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88A(Fe)；步骤（2）通过相转化法制备混合基质正渗透膜将有机溶剂、致孔剂、添加剂膜材料按比例、顺序加入到三口圆底烧瓶中，常温下搅拌均匀；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜，其特征在于，其由包含以下质量百分含量的物质制备而成：聚合物膜材料8.0～16.0%致孔剂2.0～10.0%添加剂2.0～10.0%金属有机框架MIL
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88A（Fe）0.2～1.0%有机溶剂63.0～87.8%。2.根据权利要求1所述的一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜，其特征在于：所述的聚合物膜材料为二醋酸纤维素或三醋酸纤维素；所述的致孔剂为乳酸；所述的添加剂为甲醇；所述的材料MIL
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88A(Fe)为自制的金属有机骨架材料。3.根据权利要求1所述的一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜，其特征在于：所述的有机溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺或N,N
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二甲基甲酰胺。4.一种基于金属有机框架MIL
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88A（Fe）的混合基质正渗透膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤（1）制备纳米材料MIL
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88A(Fe)将富马酸 (fumaricacid）和六水合三氯化铁 (FeCl3·
6H2O）...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛祥浩，王立国，王柏惠，王秀菊，王仲鹏，何芳，刘素，刘伟，王梦梦，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：