一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法技术

技术编号：43857173 阅读：6 留言：0更新日期：2024-12-31 18:46

本发明专利技术一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法以聚砜超滤膜作支撑层，水相单体溶液和有机相单体溶液通过在支撑层上水相/有机界面一步法原位共聚反应，制得聚酰胺/磺化COFs反渗透膜。本发明专利技术制备方法工艺流程简单、成本低，通过一步界面原位共聚在聚酰胺层中引入磺化COFs材料，不仅能很好地增强磺化COFs的分散性和相容性，而且充分利用多孔结构、亲水性和间接性控制单体扩散等调控界面聚合过程，打破传统聚酰胺反渗透膜存在的“trade‑off”效应，在保证高水通量的同时提高盐截留率，具有很高的实际应用价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种原位共聚制备聚酰胺/磺化cofs反渗透膜的方法，具体属于反渗透膜。

技术介绍

1、反渗透(ro)技术广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化和净水生产，反渗透技术涉及材料科学、高分子材料、系统优化、聚合膜合成方法和改性等方面。超薄复合聚酰胺ro膜仍然是ro工艺的主要膜材料。

2、如今，国内外对反渗透复合膜的研究十分广泛，其中最为广泛使用的膜是聚酰胺复合膜。聚酰胺复合膜的微观结构是由一层起支撑作用的多孔支撑层和起分离作用的聚酰胺超薄分离层（厚约100 nm）组成，其显著优势在于依据不同的需求可以针对tfc膜的支撑层和分离层进行各自的优化设计。但是传统的聚酰胺，存在渗透通量较低这一普遍问题，国内外学者尝试将研究重点转移到对聚酰胺膜的改性上，以提升复合膜的渗透性能（水通量和盐截留率）。

3、但是，反渗透膜制备过程中水通量与盐截留率之间的“取舍效应”（trade-off效应）一直困扰着各国研究人员，具体体现为提高膜的水通量时总会损失部分盐截留率。那么如何协调ro膜水通量与盐截留率之间此起彼伏的矛盾，做到大幅提高反渗透膜水通量的同时仍有较高的盐截留率，就成了一个极具吸引力的研究方向。

4、纳米材料掺杂复合膜的工艺已十分成熟，其中最具代表性的是mofs纳米材料和cofs纳米材料。这两类纳米材料都具有高度可调节的孔结构、高比表面积、可定制的化学功能以及良好的聚合物相容性等特征，在改性聚酰胺复合膜的开发和应用中备受关注。zhao等人（zhao d l, yeung w s, zhao q, et al

技术实现思路

1、本专利技术提供一种原位共聚制备聚酰胺/磺化cofs反渗透膜的方法，以解决现有传统聚酰胺膜的“trade-off”效应为出发点，在聚酰胺层中引入cofs纳米材料，成功实现了同时具有高的水通量和高的盐截留率，有效提高反渗透膜性能。

2、本专利技术一种原位共聚制备聚酰胺/磺化cofs反渗透膜的方法以聚砜（psf）超滤膜作支撑层，水相单体溶液和有机相单体溶液通过在支撑层上水相/有机相界面一步法原位共聚反应，制得聚酰胺/磺化cofs反渗透膜，具体过程为：

3、步骤1：将聚砜（psf）超滤膜浸入去离子水溶液中去除表面保护剂，作为支撑层备用；

4、步骤2：向间苯二胺（mpd）单体溶液中加入2,5-二氨基苯磺酸（pa-so3h），其后再加入十二烷基硫酸钠（sds）作为界面稳定剂，分散均匀后作为水相溶液；将1,3,5-三醛基间苯三酚（tp）分散在均苯三甲酰氯单体溶液中，作为有机相溶液；

5、步骤3：将水相单体溶液倒在聚砜超滤膜的表面，经过1~10 min浸润后去除表面多余的水相单体溶液，再将与水相单体溶液等体积的有机相单体溶液倒在聚砜超滤膜表面，经过2~300 s的原位共聚反应后，去表面剩余的有机相溶液，再用正己烷清洗聚砜超滤膜表面，其后经热处理，得到聚酰胺/磺化cofs反渗透膜。

6、所述的步骤2中：按质量百分比计，水相单体溶液中的mpd含量为1.0 wt%~4.0wt%，pa-so3h含量为0 wt%~2.0 wt%；有机相单体溶液中的tmc含量为0.01 wt%-0.3wt%，tp含量为20 mg/l~500 mg/l；界面稳定剂sds的含量为0.01 wt%~0.2 wt%。

7、所述的原位共聚反应的时间为2~300 s。

8、所述的热处理的温度为40~80℃，时间为15~40 min。

9、本专利技术有益效果：本专利技术制备方法工艺流程简单、成本低，通过一步界面原位共聚在聚酰胺层中引入磺化cofs材料，不仅能很好地增强磺化cofs的分散性和相容性，而且充分利用其多孔结构和强亲水性，间接性控制单体扩散速率从而达到调控界面聚合过程的目的，打破传统聚酰胺反渗透膜存在的“trade-off”效应，在保证高水通量的同时仍有很高的盐截留率，具有很高的实际应用价值。

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【技术保护点】

1.一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的方法以聚砜超滤膜作支撑层，水相单体溶液和有机相单体溶液通过在支撑层上水相/有机相界面一步法原位共聚反应，制得聚酰胺/磺化COFs反渗透膜，具体过程为：

2. 根据权利要求1所述的一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的步骤2中：按质量百分比计，水相单体溶液中的MPD含量为1.0 wt%~4.0 wt%，Pa-SO3H含量为0 wt%~2.0 wt%；有机相单体溶液中的TMC含量为0.01 wt%-0.3wt%，Tp含量为20 mg/L~500 mg/L；界面稳定剂SDS的含量为0.01 wt%~0.2 wt%。

3. 根据权利要求1所述的一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的原位共聚反应的时间为2~300 s。

4. 根据权利要求1所述的一种原位共聚制备聚酰胺/磺化COFs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的热处理的温度为40~80℃，时间为15~40 min。

【技术特征摘要】

1.一种原位共聚制备聚酰胺/磺化cofs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的方法以聚砜超滤膜作支撑层，水相单体溶液和有机相单体溶液通过在支撑层上水相/有机相界面一步法原位共聚反应，制得聚酰胺/磺化cofs反渗透膜，具体过程为：

2. 根据权利要求1所述的一种原位共聚制备聚酰胺/磺化cofs反渗透膜的方法，其特征在于：所述的步骤2中：按质量百分比计，水相单体溶液中的mpd含量为1.0 wt%~4.0 wt%，pa-so3h含量为0 wt%~2.0 wt%；有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永全，张紫莹，吴雯慧，郭桦冰，沈璟昊，黄硕，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：

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