【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜制备、加工以及应用领域，涉及一种水处理、膜过滤和膜反应工程使用的纳米复合膜的制备方法，具体涉及一种功能性纳米复合膜的制备方法及其在水处理中的应用。
技术介绍
1、膜蒸馏是一种热驱动膜脱盐工艺，是一种很有前途的脱盐替代方法，尤其是对于高浓度盐水。在膜蒸馏工艺中，高温进料和低温蒸馏物通过疏水膜分离。对于非挥发性盐度盐水，只有水蒸气在蒸汽分压差的驱动力下从进料侧穿过膜进入蒸馏物侧。但是膜污染和膜结垢问题一直是制约膜蒸馏应用的主要问题之一。高盐有机废水中的疏水性物质会黏附在疏水膜孔，导致水通量的严重降低，而微溶无机盐如硫酸钙、碳酸钙等会在膜表面形成矿物结垢，导致膜表面沉积大量无机盐晶体，严重时进料液会通过膜孔的直接渗透，导致脱盐过程失败。
2、为了提升疏水膜抗污染抗结垢性能，很多研究者通过构筑无机纳米改性层来缓解膜污染和膜结垢现象，实现可持续的膜蒸馏过程。专利cn114471166a公开了一种膜蒸馏用膜及其制备方法，将海藻酸盐、聚电介质和二价金属离子通过层层组装的方式制备成改性层，提升对疏水有机物的抵抗性能，但制备方法较为复杂且缺乏对硫酸钙、碳酸镁等高浓度微溶无机盐的抗结垢性能的验证。nature communication期刊发表了一篇关于抗结垢材料的论文《ultrahigh resistance ofhexagonal boronnitride to mineral scaleformation》，描述了利用六方氮化硼材料与水分子紧密结合的特性，实现了优异的抗结垢性能，但是材料的制备方法过于昂贵且难以用于
技术实现思路
1、为了解决无机纳米材料与有机膜结合性差，过分粘合导致透过性能减弱的问题。本专利技术的目的是提供一种功能性纳米复合膜的制备方法及其在水处理中的应用，利用静电等相互作用力克服不同材料之间的性质差异，实现膜过滤过程中膜的抗污染抗结垢功能。这类材料在制备过程中不需要额外的化学交联，既简化了制备工艺，又在一定程度上避免了化学交联带来的各种弊端。利用聚电解质静电络合的效果实现有机无机材料结合，可以充分发挥基膜和纳米材料的优势，实现复合膜稳定结合并赋予其不同性能，为拓展有机无机复合膜的应用范围提供了前提条件。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种纳米复合膜的制备方法，将改性纳米材料与带有相同电荷的聚电解质进行超声分散，在逐滴加入带有相反电荷的聚电解质溶液当中发生静电络合，用简单一步式改性方法制备纳米颗粒复合膜，通过调控纳米颗粒和聚电解质的比例，实现纳米复合膜的可控制备，包括以下步骤：
4、(1)配制浓度为0.05wt％～5wt％的聚阳离子水溶液或乙醇溶液，得到聚阳离子电解质溶液；
5、(2)配制浓度为0.05wt％～5wt％的聚阴离子水溶液或乙醇溶液，得到聚阴离子电解质溶液；
6、(3)将无机纳米颗粒以0.01wt％～5wt％的浓度加入步骤(1)中得到的聚阳离子电解质溶液或步骤(2)中得到的聚阴离子电解质溶液中，超声分散纳米颗粒0.5～2小时，获得均匀无机纳米颗粒分散液；
7、(4)将未加入无机纳米颗粒的聚阴离子电解质溶液或未加入无机纳米颗粒的聚阳离子电解质溶液以600～1000r/min的速度剧烈搅拌，逐滴加入步骤(3)中获得的无机纳米颗粒分散液并保持搅拌得到均匀的分散液；
8、(5)用压滤、抽滤、喷涂、浸涂等方式将分散液过滤在多孔有机膜表面，随后将膜放入烘箱干燥，得到纳米复合膜。
9、优选的，所述聚阳离子为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯、聚乙烯醇、聚乙烯酰胺、聚苯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、壳聚糖中的一种。
10、优选的，所述聚阴离子为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠、葡聚糖硫酸钠、聚4-乙烯基苯酚、聚乙烯磺酸钠中的一种。
11、优选的，所述无机纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳量子点、碳纳米管、石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼中的一种或多种任意比例的复合纳米颗粒。
12、优选的，所述多孔有机膜为纤维素类膜、聚砜类膜、聚醚砜类膜、聚丙烯腈类膜、聚乙烯类膜、聚丙烯类膜、聚偏氟乙烯类膜、聚氯乙烯类膜中的一种或其复合膜。
13、优选的，所述干燥温度为60℃，干燥时间为6～12小时。
14、本专利技术还提供了上述技术方案纳米复合膜的制备方法制备得到的纳米复合膜在水处理中的应用。
15、本专利技术采用聚电解质自组装的方法，将无机纳米颗粒与聚电解质结合，在静电吸附、氢键作用、配位作用下发生自交联，获得一种聚电解质纳米复合膜。本专利技术所用方法对纳米材料没有较大选择性，可以根据目的负载具有各类性质的无机纳米颗粒赋予膜优异功能。
16、与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
17、1、本专利技术制备的聚电解质纳米复合膜对基膜和纳米颗粒的适应性广泛，可以利用简单压力过程实现自组装，形成稳定高效的分离层。
18、2、本专利技术制备的聚电解质纳米复合膜具有较高的分离性能和透过性能，在不影响原膜渗透性能的前提下，无机纳米颗粒具有的性质加强了膜处理复杂工业废水的分离能力。
19、3、本专利技术制备的聚电解质纳米复合膜不需要添加额外的交联剂，利用聚电解质之间发生自交联(阳离子聚电解质和阴离子聚电解质发生自交联)，纳米颗粒与聚电解质之间存在的相互作用(静电吸附、氢键、配位等作用)，聚电解质与膜之间存在的相互作用(静电吸附、氢键等作用)，实现无机纳米颗粒与有机膜的稳定结合。
20、4、本专利技术制备的聚电解质纳米复合膜以无机纳米颗粒和有机膜为基材，制膜方式简便，制备过程没有二次污染，可以实现大规模应用。
21、5、本专利技术制备的聚电解质纳米复合膜可以通过无机纳米颗粒实现各种技术与膜分离技术的耦合，利用无机纳米颗粒带有的抗结垢性能、抗污染性能、催化氧化性能、高渗透性能等，得到可以自主设计调控的功能性纳米复合膜，在废水处理、膜分离等存在潜在的应用价值。
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1.一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚阳离子为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯酰胺、聚苯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、壳聚糖中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚阴离子为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠、葡聚糖硫酸钠、聚4-乙烯基苯酚、聚乙烯磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中无机纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳量子点、碳纳米管、石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼中的一种或多种任意比例的复合纳米颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述多孔有机膜为纤维素类膜、聚砜类膜、聚醚砜类膜、聚丙烯腈类膜、聚乙烯类膜、聚丙烯类膜、聚偏氟乙烯类膜、聚氯乙烯类膜中的一种或其复合膜。
6.根据权利要求1所述
7.如权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法制得的纳米复合膜在水处理中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚阳离子为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯酰胺、聚苯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、壳聚糖中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚阴离子为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠、葡聚糖硫酸钠、聚4-乙烯基苯酚、聚乙烯磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米复合膜的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，耿宇辰，孙楠，任静，孙慧芳，赵华章，程芳琴，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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