[发明专利]介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米薄膜技术领域，具体涉及一种介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜及其制备方法。 

背景技术

为机杂化膜及无机膜的优点，无机纳米粒子分散相而得到则其渗透性越低(istribution of carbon nanotubes in the membrane.minated polyphenylene oxde)，界面聚合法是制备复合膜最常用的方法之一，具有操作简单、容易控制等优点。它是利用两种反应活性很高的单体在两个互不相溶的溶剂界面处发生聚合反应，从而在多孔支撑体表面形成一很薄的致密层。通过调节支撑体和致密皮层的性质可获得不同性能的复合膜。为了提高复合膜的综合性能，如热稳定性、渗透选择性、亲水性等，纳米复合膜(nanocomposite membrane) 成为近年来研究热点，它是在聚合物连续基体中混合无机纳米粒子分散相而得到。具体操作是将无机粒子先分散在油相或水相中进而通过界面聚合负载到复合膜的致密聚合物功能皮层中。但是由于无机粒子与聚合物基体之间一般没有相互作用力或者只有弱的物理相互作用力，因此无机粒子在聚合物基体中的分散性、相容性以及负载稳定性较差，对膜的性能影响很大。 

《膜科学技术杂志》(Journal of Membrane Science,2007,294, 1-7)首次报道了负载NaA沸石纳米粒子的聚酰胺纳米复合反渗透膜。NaA沸石粒子的加入使得纳米复合膜的表面更加光滑，并且膜的亲水性和表面负电荷密度也得到提高。但NaA沸石粒子是分散在油相中进而负载到纳米复合膜上，与膜基体没有强的相互作用力。 

《脱盐》(Desalination,2008,328, 48-56)报道了用界面聚合法原位制备二氧化钛(TiO₂)纳米粒子的聚酰胺纳米复合膜。二氧化钛粒子先分散在油相中进而通过界面聚合负载到纳米复合膜的表层中，当二氧化钛含量超过5wt%时会严重影响聚酰胺的聚合度使得膜的性能急剧恶化。 

《膜科学技术杂志》(Journal of Membrane Science,2009,328, 257-267)报道了负载有两种不同尺寸（3 nm和16 nm）二氧化硅球-聚酰胺纳米复合膜。当水相中硅球的含量为1～2 wt%时，纳米复合膜的渗透及选择性能达到最优化，并且热稳定性得到了提高。但该膜使用的是实心的二氧化硅球，且硅球与聚合物基体也没有强的相互作用。 

《膜科学技术杂志》(Journal of Membrane Science,2011,88, 88-95)报道了在聚酰胺表层负载纳米NaX沸石的反渗透纳米复合膜。该纳米复合膜的表面性质，如RMS粗糙度、接触角和固-液界面自由能得到了优化，膜孔径增大且通量提高。但是沸石粒子与聚合物基体没有强的相互作用力，粒子在表层的负载不稳定且容易流失。 

《膜科学技术杂志》(Journal of Membrane Science,2011,375, 46-54)报道了改性有序介孔碳（H-OMC）-聚酰胺复合纳米复合膜的制备。H-OMC经亲水改性后能很好的分散于水相中利于膜的制备，并且当水相中H-OMC的含量为5wt%时纳米复合膜的含水率及水通量达到最高，膜的抗BSA吸附污染性能也得到提高。但是H-OMC与膜基体仍是较弱的物理相互作用力。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定，渗透性、亲水性及抗污染性能良好的介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜及其制备方法。 

本发明提供的介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜，通过界面聚合法在多孔支撑膜上复合了一层含有介孔二氧化硅球的芳香聚合物功能皮层而获得。该介孔二氧化硅球表面经氨基改性，与油相单体发生反应从而化学结合在复合膜的聚合物功能皮层中。 

本发明的介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜的制备方法，具体步骤如下： 

（1）首先，将多孔支撑膜直接浸入到含反应单体和介孔硅球的水相溶液中，浸渍1~30分钟，取出，排出表面过量的溶液；

（2）然后，再浸入到含另一种反应单体的油相溶液中，进行界面聚合反应，反应时间为0.5～30分钟，在多孔支撑膜表面生成一层含有介孔硅球的芳香聚合物功能皮层，形成复合膜；

（3）将复合膜在空气中自然干燥，进行热处理，热处理温度为40~80^oC，处理时间为5~50分钟；漂洗，即得到介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜。

本发明中，所述的介孔二氧化硅球-聚合物纳米复合纳滤膜的功能皮层含有聚合物和介孔二氧化硅球。