【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳滤膜制备及离子分离，特别是涉及一种改性聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法。
技术介绍
1、锂作为自然界中最轻、负电势最大的金属元素，在电子产品以及新能源等高精尖行业都有着极为广泛的应用。因此，它在推动世界前进的进程中有着重要的占比，作为一种战略资源其全球需求正在飙升。目前大多数锂化合物都是从盐湖中提取的，而盐湖中通常含有大量的镁离子，锂离子和镁离子的水合半径相差过小，并且，两者之间的结晶系数也较为相近，用沉淀结晶等方法很难实现有效分离，因此大大增加了采用沉淀、离子筛分、液液萃取、电化学分离和吸附等传统方法提取锂的难度。
2、膜分离技术由于其低能耗、高分离效率的优点，在锂提取市场中具有较高的竞争力。其中纳滤(nf)工艺被开发出来，具有比传统的反渗透(ro)工艺更高的选择性和更低的操作压力。
3、nf工艺基于唐南效应和尺寸排阻空间效应，可以更好地从单价离子中分离多价离子和有机大分子，可应用于盐湖中镁离子和锂离子的分离。然而，大多数商业化的纳滤膜表面带负电，不利于水体中金属阳离子的分离。并且由于膜表面聚酰胺(pa)分离层的致密性，纯水渗透率受到较大影响。因此，设计具备超薄pa层的纳滤膜，并对其表面电性进行调节，来提高渗透率和分离效果极为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种改性聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法，以解决
技术介绍
中存在的上述不足。本专利技术有效调控了纳滤膜表面的带电性，并降低了聚酰胺分离层的厚度。本专利技术制备的改性聚酰胺复合纳滤膜
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种改性聚酰胺复合纳滤膜，包括依次设置的多孔有机膜、mxene/改性剂复合层和聚酰胺(pa)层；所述聚酰胺层的厚度为20～50nm。
4、mxene的引入使得表层pa层具备图灵结构(mxene纳米片具有曲折的纳米孔道，将表面沉积有mxene/改性剂复合层的多孔有机膜在水相溶液中浸泡处理时mxene纳米片的曲折纳米孔道会对胺单体进行捕捉，并在随后在有机相溶液中浸泡处理时阻隔胺单体的释放，使得胺单体释放缓慢，胺单体的缓慢释放实现了规则褶皱的出现，也就是形成了图灵结构)。图灵结构能有效地增加pa层的表面积，增加和水的接触面，提升膜的渗透量。
5、引入改性剂是为了对mxene进行正电改性(降低材料本身的负电性)，即本专利技术在多孔有机膜和聚酰胺层之间引入了正电改性mxene层(mxene/改性剂复合层)作为中间层。
6、进一步地，所述聚酰胺层具有图灵结构。
7、mxene是一种二维材料，其通用公式为mn+1xntx(n＝1，2，3或4)，其中m代表过渡金属(如ti、v、mo和cr)，x代表碳和/或氮，t代表官能团(如o、f、oh、cl)。mxene材料具有高横纵比、良好的机械强度和柔韧性，还具有特殊的层状结构特征。本专利技术采用改性剂对mxene膜进行了正电改性，得到了mxene/改性剂复合层，并将其作为中间层引入界面聚合中。以mxene层曲折的纳米孔道对胺单体进行调控，减缓了其释放的速度，从而得到具有图灵结构的超薄pa层。
8、进一步地，所述mxene/改性剂复合层的厚度为30～80nm。
9、进一步地，所述多孔有机膜为多孔聚醚砜(pes)膜、多孔聚砜(psf)膜、多孔聚偏氟乙烯(pvdf)膜、多孔聚乙烯亚胺(pei)膜、多孔聚酰胺(pa)膜、多孔醋酸纤维素(ca)膜、多孔聚乙烯腈(pan)膜中的一种；所述mxene/改性剂复合层中的改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)。
10、进一步地，所述多孔有机膜的孔直径为0.1～0.45μm。
11、本专利技术的技术方案之二：一种上述改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：在多孔有机膜表面沉积mxene膜，在所述mxene膜表面接枝改性剂，得到mxene/改性剂复合层；在所述mxene/改性剂复合层表面通过界面聚合制备聚酰胺层，得到所述改性聚酰胺复合纳滤膜。
12、进一步地，所述在多孔有机膜表面沉积mxene膜包括：将mxene纳米片的胶体分散液通过真空抽滤的方式沉积在多孔有机膜表面，得到mxene膜。
13、进一步地，所述真空抽滤的压力为-0.5～-1bar。
14、进一步地，所述mxene纳米片的胶体分散液中mxene纳米片的浓度为0.01～0.1mg/ml。
15、进一步地，所述mxene纳米片的胶体分散液的制备方法为：将氟化锂(lif)、钛碳化铝(ti3alc2)和盐酸溶液混合，加热反应，反应结束后进行清洗剥离，超声分散，得到所述mxene纳米片的胶体分散液。
16、进一步地，所述氟化锂、钛碳化铝和盐酸溶液的质量体积比为0.5～3.0g：1.0～5.0g：30～80ml；所述盐酸溶液的浓度为9m。
17、进一步地，所述加热反应的温度为25～70℃，时间为20～48h。
18、进一步地，所述加热反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为20～50r/min。
19、进一步地，所述在多孔有机膜表面沉积mxene膜前，还包括对多孔有机膜的清洗预处理，具体为：将多孔有机膜置于水中进行超声清洗，以去除表面杂质。
20、进一步地，所述水为超纯水，所述超声清洗的次数为1～2次，每次超声清洗的时间为10～60min，所述超声清洗的频率为20～100khz。
21、进一步地，所述在mxene膜表面接枝改性剂的方法选择以下三种方法之一：
22、方法一：将改性剂溶液涂覆在mxene膜表面，静置；
23、方法二：将表面沉积有mxene膜的多孔有机膜在改性剂溶液中浸泡；
24、方法三：将改性剂溶液通过真空抽滤的方式沉积在mxene膜表面，具体操作为：将表面沉积有mxene膜的多孔有机膜安装在抽滤装置中，在常压下加入改性剂溶液，静置，然后施加负压进行真空抽滤。
25、在mxene膜表面接枝改性剂的目的是对mxene膜进行正电改性。
26、进一步地，方法一中所述静置的时间为30～60min；方法二中所述浸泡的时间为30～60min；方法三中所述静置的时间为30～60min；所述真空抽滤的压力为-0.5～-1bar。
27、进一步地，所述改性剂溶液的浓度为50～100μl/ml。
28、进一步地，所述在mxene/改性剂复合层表面通过界面聚合制备聚酰胺层包括：先将表面沉积有mxene/改性剂复合层的多孔有机膜依次在水相溶液和油相溶液中浸泡处理，然后加热处理；所述水相溶液为胺单体的水溶液；所述油相溶液为1,3,5-苯三甲酰氯(tmc)的正己烷溶液。
29、进一步地，所述胺单体为哌嗪(pip)、聚乙烯亚胺(pei)、间苯二胺(mpd)、丙二胺(dape)和己二胺(hmd)中的一种，所述水相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性聚酰胺复合纳滤膜，其特征在于，包括依次设置的多孔有机膜、MXene/改性剂复合层和聚酰胺层；所述聚酰胺层的厚度为20～50nm。
2.如权利要求1所述的改性聚酰胺复合纳滤膜，其特征在于，所述多孔有机膜为多孔聚醚砜膜、多孔聚砜膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔聚乙烯亚胺膜、多孔聚酰胺膜、多孔醋酸纤维素膜、多孔聚乙烯腈膜中的一种；所述MXene/改性剂复合层中的改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在多孔有机膜表面沉积MXene膜，在所述MXene膜表面接枝改性剂，得到MXene/改性剂复合层；在所述MXene/改性剂复合层表面通过界面聚合制备聚酰胺层，得到所述改性聚酰胺复合纳滤膜。
4.如权利要求3所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在多孔有机膜表面沉积MXene膜包括：将MXene纳米片的胶体分散液通过真空抽滤的方式沉积在多孔有机膜表面，得到MXene膜。
5.如权利要求4所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于
6.如权利要求4所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在MXene膜表面接枝改性剂的方法选择以下三种方法之一：
7.如权利要求4所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在MXene/改性剂复合层表面通过界面聚合制备聚酰胺层包括：先将表面沉积有MXene/改性剂复合层的多孔有机膜依次在水相溶液和油相溶液中浸泡处理，然后加热处理；所述水相溶液为胺单体的水溶液；所述油相溶液为1,3,5-苯三甲酰氯的正己烷溶液。
8.如权利要求7所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述胺单体为哌嗪、聚乙烯亚胺、间苯二胺、丙二胺和己二胺中的一种，所述水相溶液中胺单体的浓度为0.1～1wt％；所述油相溶液中1,3,5-苯三甲酰氯的浓度为0.05～0.2wt％。
9.如权利要求4所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在MXene膜表面接枝改性剂，得到MXene/改性剂复合层后，还包括干燥、预润湿处理的操作。
10.一种如权利要求1-2任一项所述的改性聚酰胺纳滤膜在锂的提取分离中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改性聚酰胺复合纳滤膜，其特征在于，包括依次设置的多孔有机膜、mxene/改性剂复合层和聚酰胺层；所述聚酰胺层的厚度为20～50nm。
2.如权利要求1所述的改性聚酰胺复合纳滤膜，其特征在于，所述多孔有机膜为多孔聚醚砜膜、多孔聚砜膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔聚乙烯亚胺膜、多孔聚酰胺膜、多孔醋酸纤维素膜、多孔聚乙烯腈膜中的一种；所述mxene/改性剂复合层中的改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在多孔有机膜表面沉积mxene膜，在所述mxene膜表面接枝改性剂，得到mxene/改性剂复合层；在所述mxene/改性剂复合层表面通过界面聚合制备聚酰胺层，得到所述改性聚酰胺复合纳滤膜。
4.如权利要求3所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述在多孔有机膜表面沉积mxene膜包括：将mxene纳米片的胶体分散液通过真空抽滤的方式沉积在多孔有机膜表面，得到mxene膜。
5.如权利要求4所述的改性聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述mxene纳米片的胶体分散液的制备方法为：将氟化锂、钛碳化铝和盐酸溶液混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏嫣莹，黄正义，卢纵，武艳娜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
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