一种耐温薄层复合分离膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐温薄层复合分离膜及其制备方法和应用，属于水处理材料技术领域，该耐温薄层复合分离膜的制备方法为：

【技术实现步骤摘要】
一种耐温薄层复合分离膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水处理材料
，具体涉及一种耐温薄层复合分离膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]在食品
、
化纤
、
医药等行业的生产过程中会产生大量高温料液，然而，传统聚合物分离膜的运行温度低于
45℃
，在实际使用中往往需要对高温流体进行冷却以满足膜分离过程要求，处理后的流体又需要进一步加热后使用
。
这种冷却和再加热过程会产生大量能耗，面对高温分离应用需求，发展耐温分离膜具有重要意义
。
[0003]目前，常常通过引入耐温聚合物
、
无机纳米粒子等来提高分离膜的耐温性能
。
例如，公开号为
CN101721926A
的中国专利文献公开了磺化含二氮杂萘酮结构共聚芳醚砜复合纳滤膜及其制备方法，与传统型聚芳醚砜膜相比，制备得到的复合纳滤膜具有更好的选择性
、
更高的通量和更好的热稳定性
。
公开号为
CN107551825A
的中国专利文献公开了耐高温耐有机溶剂型分离膜材料
、
分离膜及其制备方法，该专利技术将含羧基官能团的聚合物与耐高温含芳环基体树脂进行复合，制备得到具有优异耐温性能的分离膜
。
但是耐温聚合物制备工艺繁琐，所制备的复合膜渗透通量有待进一步提高
。
[0004]石墨烯
、
石墨相氮化碳等二维材料被广泛应用于复合分离膜的制备，如公开号为
CN106861451A
的中国专利文献公开了一种耐热型滤膜，该专利技术中，首先用强酸对类石墨相氮化碳粉末进行修饰，制得修饰后的类石墨相氮化碳粉末，再利用修饰后的类石墨相氮化碳粉末和高分子化合物等制备铸膜液，进一步相转化成膜；研究人员报道了利用哌嗪和均苯三甲酰氯在聚乙烯醇改性氧化石墨烯制成的中间层表面进行界面聚合反应
(J.M.Zhang,S.X.Li,D.C.Ren,H.H.Li,X.H.Lv,L.H.Han,B.W.Su,Fabrication of ultra
‑
smooth thin
‑
film composite nanofiltration membrane with enhanced selectivity and permeability on interlayer of hybrid polyvinyl alcohol and graphene oxide,Sep.Purif.Technol.268(2021)118649.)。
但是相应的二维材料若被作为中间层引入，对聚酰胺分离层的耐温性能影响有限；且如果直接将纳米粒子掺入分离层中，由于纳米粒子与聚合物基质相容性较差，容易团聚产生缺陷，尤其是不能与复合膜分离层形成交联网络
。
[0005]因此，需要开发一种原料间相容性好的
、
具有交联网络结构的高性能耐温分离膜
。

技术实现思路

[0006]为了解决分离膜操作温度上限较低的问题，本专利技术提供了一种耐温薄层复合分离膜的制备方法，制备得到的复合分离膜中聚酰胺分离层具有有机
‑
无机交联网络结构，在高温条件下具有优异的分离性能，且长期稳定性好
。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种耐温薄层复合分离膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)
将浓度为
0.2
～
5mol/L
的碱液与石墨相氮化碳粉末混合均匀，
40
～
100℃
下反
应3～
15h
得到氮化碳纳米网络分散液，离心
、
洗涤
、
干燥后得到氮化碳纳米网络；
[0010](2)
将多元胺单体和氮化碳纳米网络均匀分散在水中作为水相溶液，以多元酰氯有机溶液作为油相溶液，将多孔基膜依次浸泡在所述的水相溶液与油相溶液中进行界面聚合反应，固化交联后得到所述的耐温薄层复合分离膜
。
[0011]由于石墨相氮化碳层间范德华力弱于片层内部共价键作用，碱分子可以插入层间，同时，氢氧根离子进攻
C
‑
N
键使石墨相氮化碳水解形成缺陷
。
在加热过程中，大尺寸石墨相氮化碳片层首先被裁剪成小的薄片，之后这种剪切过程又发生在薄片上，进而形成纤维网络结构
。
若碱液浓度偏低，溶液中氢氧根离子有限，只能得到氮化碳二维纳米片层；若反应温度过低或反应时间过短，同样也无法成功制备得到氮化碳纳米网络
。
[0012]若将石墨相氮化碳二维纳米片引入分离层，由于二维材料横向尺寸大，可能引入额外的跨层传输通道，同时，二维片层堆叠也会增大传质阻力
。
而本申请的氮化碳纳米网络中纤维直径较小
、
比表面积大，能引入更多的界面空隙，有益于水通量的提升；此外，三维氮化碳纳米网络能够与分离层形成互穿交联网络结构，有益于限制聚酰胺分子链段运动，同时，氮化碳纳米网络热稳定性优异，有益于分离层耐温性能的提高
。
[0013]优选的，石墨相氮化碳粉末的制备方法为：将三聚氰胺
、
双氰胺
、
尿素或硫脲中的一种在
450
～
600℃
下煅烧2～
4h
，煅烧产物研磨后得到所述的石墨相氮化碳粉末
。
[0014]优选的，所述的碱液为氢氧化钠溶液和
/
或氢氧化钾溶液；碱液与石墨相氮化碳粉末混合后的溶液中，石墨相氮化碳的浓度为1～
30g/L。
[0015]优选的，离心时间为
10
～
120min
，离心转速为
3000
～
13000rpm。
离心过程去除大块的氮化碳，不会影响纳米网络的结构
。
[0016]步骤
(2)
中，多元胺单体为哌嗪
、
间苯二胺
、
邻苯二胺
、
聚乙烯亚胺
、
二乙烯三胺中的至少一种
。
[0017]优选的，水相溶液中，多元胺单体的浓度为
0.1
～
40g/L
，氮化碳纳米网络的浓度为
0.1
～
5g/L。
[0018]步骤
(2)
中，多元酰氯为均苯三甲酰氯
、
间苯二甲酰氯
、
对苯二甲酰氯中的至少一种，多元酰氯有机溶液的溶剂为正己烷
、
环己烷
、
正庚烷
、
异构烷烃中的至少一种
。
[0019本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐温薄层复合分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将浓度为
0.2
～
5mol/L
的碱液与石墨相氮化碳粉末混合均匀，
40
～
100℃
下反应3～
15h
得到氮化碳纳米网络分散液，离心
、
洗涤
、
干燥后得到氮化碳纳米网络；
(2)
将多元胺单体和氮化碳纳米网络均匀分散在水中作为水相溶液，以多元酰氯有机溶液作为油相溶液，将多孔基膜依次浸泡在所述的水相溶液与油相溶液中进行界面聚合反应，固化交联后得到所述的耐温薄层复合分离膜
。2.
根据权利要求1所述的耐温薄层复合分离膜的制备方法，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠溶液和
/
或氢氧化钾溶液；碱液与石墨相氮化碳粉末混合后的溶液中，石墨相氮化碳的浓度为1～
30g/L。3.
根据权利要求1所述的耐温薄层复合分离膜的制备方法，其特征在于，多元胺单体为哌嗪
、
间苯二胺
、
邻苯二胺
、
聚乙烯亚胺
、
二乙烯三胺中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的耐温薄层复合分离膜的制备方法，其特征在于，水相溶液中，多元胺单体的浓度为
0.1
～
40g/L
，氮化碳纳米网络的浓度为
0.1
～
5g/L。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：万灵书，林婉婷，李万隆，付萍，张子璐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：