含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜及其制备方法，属于纳米复合膜设计与制备领域，该纳滤膜包含依次固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中的底膜、中间层和聚酰胺分离层；将分散均匀的分子筛的水溶液和氧化石墨烯的水溶液混合后依次进行稀释、冰水浴超声，得到分散液；抽滤所述分散液，得到中间层；将所述中间层沉积有分散液的一面朝上，固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中，用多元胺水溶液覆盖中间层表面，静置；再用多元酰氯有机溶液覆盖中间层表面，静置；清洗中间层膜表面并进行热处理，得到含有聚酰胺分离层的纳滤膜。制备过程简单，得到的纳滤膜分离性能和脱盐性能优异，具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米复合膜设计与制备领域，特别涉及含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]日益恶化的环境和人口增长使得水资源短缺和水污染等问题成为了全球性挑战，膜分离技术作为一种高效、经济、环保的分离工艺，已广泛应用于苦咸水淡化、污废水处理和饮用水生产。利用分离膜的选择性实现不同组分分离、纯化和浓缩的关键核心为膜材料设计和优化。目前，薄膜复合(TFC)膜是市场应用最广泛的水处理膜材料，其结构组成包括分离层、多孔基膜和无纺布。其中分离性能由聚酰胺(PA)分离层主导，而无纺布和多孔基膜起到支撑作用。聚酰胺分离层通过多元胺单体和多元酰氯单体在两相界面聚合而成(IP反应)。快速IP聚合反应速率使得精准调控IP过程具有极大挑战性。
[0003]自上世纪60年代TFC纳滤膜被提出以来，薄膜复合膜的制备技术已经取得了长足发展，膜的分离性能(选择性和渗透量)均得到了提高。其中，在分离层和支撑层之间构建中间层为TFC纳滤膜结构和性能的优化开辟了新的方向和维度。Livingston等(Science,2015,348(624):1347
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1351)在多孔基材表面引入了无机Cd(OH)2纳米链中间层，受益于纳米链中间层特殊表面性质得到了厚度小于10nm的无缺陷PA选择层，显著提升了复合膜的通量。基于此，聚酰胺膜中间层的制备吸引了越来越多的关注，有机聚合物(J.Mater.Chem.A,2018,6(42)：21207
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21215)、碳纳米管(Small,2016,12(36)：5034
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5041)、氧化石墨烯(Chem.Eng.J.,2018,344(15)：524
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534.)、金属氧化物(Nano Lett.2022,22(3)：1039
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1046)、MOFs(J.Membr.Sci.,2021,625,(1)：119154.)、COFs(Chem.Sci.,2019,10(39)：9077
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9083)等材料均用作复合膜的中间层材料。例如公布号为CN111644075B的中国专利技术专利公开了一种氧化石墨烯纳滤膜在高操作压力下的应用，所述氧化石墨烯纳滤膜包括支撑体和分离层，所述的支撑体为包含亲水性分子筛和聚合物的有机/无机杂化膜，所述的分离层为氨基化的氧化石墨烯与酰氯化合物界面聚合而成，且所述的支撑体与氨基化的氧化石墨烯通过酰氯交联，能够实现在一定程度上实现高操作压力下的分离，但其制备方法及成品皆与本申请不同，同时也未形成连续均匀结构的中间层。例如公布号为CN109126463B的中国专利技术专利公开了一种含微孔中间层高通量纳滤膜的制备方法，它的目的是突破现有的纳滤膜通量较低的难题，提供了一种含微孔中间层改性纳滤膜的制备方法。所述微孔材料包括ZIF
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67、ZIF
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8、UIO
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66、SNW
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1、氧化石墨烯、柱[5]芳烃、柱[6]芳烃、柱[7]芳烃、水轮酚、α
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环糊精、β
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环糊精、γ
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环糊精、葫芦脲和介孔酚醛树脂至少一种。其不足之处：微孔中间层未形成连续均匀结构，对复合膜的选择性提升作用甚微。上述单一中间层材料大都是简单堆叠形成，并未形成连续均质结构的中间层，其优势主要是提升了复合膜的渗透性，对复合膜选择性提升作用甚微。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提升复合膜中间层的选择性和渗透性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜，包含依次固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中的底膜、中间层和聚酰胺分离层；所述中间层由分子筛/GO复合材料制成。
[0006]其中，所述聚酰胺分离层的厚度为15～100nm，所述中间层的厚度为200～500nm。
[0007]含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将分散均匀的分子筛的水溶液和氧化石墨烯的水溶液混合后依次进行稀释、冰水浴超声，得到分散液；
[0009]S2、抽滤所述分散液，得到具有中间层的底膜；
[0010]S3、将所述中间层沉积有分散液的一面朝上，固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中，用多元胺的水溶液覆盖中间层表面，静置；再用多元酰氯的有机溶液覆盖中间层表面，静置；清洗中间层膜表面并进行热处理，得到含有聚酰胺分离层的纳滤膜。
[0011]其中，所述分子筛为EMT型分子筛、SOD型分子筛和FAU型分子筛。
[0012]其中，所述分子筛的晶粒尺寸为纳米级。
[0013]其中，所述分散液中的分子筛纳米晶与氧化石墨烯的质量比小于40。
[0014]其中，S2中采用多孔基膜进行抽滤，所述多孔基膜为聚醚砜微滤膜、聚砜超滤膜、尼龙微滤膜、聚偏氟乙烯微滤膜和聚酰亚胺微滤膜中任意一种。
[0015]其中，所述多元胺为哌嗪、2
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甲基哌嗪、2,5
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二甲基哌嗪、1,4
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二氨基环己烷、间苯二胺和对苯二胺中任意一种，所述多元酰氯为均苯三甲酰氯、邻苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯中任意一种。
[0016]其中，所述多元胺的水溶液的浓度为0.2～4wt％。
[0017]其中，所述多元酰氯的有机溶液的浓度为0.05～2wt％。
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过以分子筛为主体的多功能中间层具有较强的亲水性、极为丰富的孔道和优异的稳定性，有利于控制胺单体的解吸、扩散速率和提升复合膜中间层的选择性；通过氧化石墨烯与分子筛先混合得到分散液再制备中间层，分子筛和氧化石墨烯均匀交错，形成连续均质结构的中间层，提高了稳定性，并限制了分子筛的团聚趋势，其片状结构改变了水在膜中的优先传输方向，并且提升了复合膜的抗污染性。
附图说明
[0019]图1所示为传统聚酰胺纳滤膜的表面图；
[0020]图2所示为本专利技术中实施例1的聚酰胺纳滤膜的表面图；
[0021]图3所示为本专利技术中实施例1的聚酰胺纳滤膜的截面图；
[0022]图4所示为本专利技术中实施例2的聚酰胺纳滤膜的表面图。
具体实施方式
[0023]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0024]本专利技术最关键的构思在于：通过将分子筛/GO复合材料作为中间层，提升纳滤膜的分离性能。
[0025]请参照图1至图4所示，本专利技术含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜，包含依次固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中的底膜、中间层和聚酰胺分离层；所述中间层由分子筛/GO复合材料制成。
[0026]含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜，其特征在于，包含依次固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中的底膜、中间层和聚酰胺分离层；所述中间层由分子筛/GO复合材料制成。2.根据权利要求1所述的含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜，其特征在于，所述聚酰胺分离层的厚度为15～100nm，所述中间层的厚度为200～500nm。3.含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将分散均匀的分子筛的水溶液和氧化石墨烯的水溶液混合后依次进行稀释、冰水浴超声，得到分散液；S2、抽滤所述分散液，得到具有中间层的底膜；S3、将所述中间层沉积有分散液的一面朝上，固定于聚甲基丙烯酸甲酯框架中，用多元胺的水溶液覆盖中间层表面，静置；再用多元酰氯的有机溶液覆盖中间层表面，静置；清洗中间层膜表面并进行热处理，得到含有聚酰胺分离层的纳滤膜。4.根据权利要求3所述的含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述分子筛为EMT型分子筛、SOD型分子筛和FAU型分子筛。5.根据权利要求3所述的含分子筛/GO复合材料中间层的高性能纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述分子筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宇，郭永梅，林有胜，韦胜超，郭素铭，刘港，卢雪燕，王晓洁，
申请(专利权)人：中国石油大学华东闽江学院，
类型：发明
国别省市：