[发明专利]一种自微孔高通量纳滤复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自微孔高通量纳滤复合膜及其制备方法，制备为：(1)将具有刚性扭曲结构的多官能团有机酚溶于碱水溶液中，得溶液一，将含多官能团有机胺溶于水中得溶液二，溶液一、二混合得混合溶液；(2)将超滤支撑层浸于混合溶液中，浸泡,取出，吹干；用含有多官能团有机酰氯溶液浸泡膜上表面，放置，倒掉；(4)热处理，即得。本发明通过将具有刚性扭曲结构的多官能团有机酚引入到界面聚合反应，由于特殊的分子结构妨碍了成膜过程中分子链段堆叠，制备的自微孔高通量纳滤复合膜分离层具有大量的微孔；克服现有技术添加纳米材料引起的缺陷；亲水性好，水通量高，同时截留维持在较高水平。操作简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种自微孔高通量纳滤复合膜及其制备方法。

背景技术

随着水污染问题的日益严峻和用水需求的不断增加，净水资源短缺已成为世界问题。膜分离，一种新型的分离技术，其具有成本低、能耗低、易操作以及占地面积小等优势。膜分离技术为解决水资源短缺问题提供了一种环境友好、经济节约的方式，因此已逐步成为研究热点。纳滤，一种典型的压力驱动型膜分离过程，得益于其对高价盐及有机物的高截留率、较高的水通量和较低的操作压力，其被广泛研究和应用于工业污水处理、饮用水生产和苦咸水淡化等领域。目前市场上纳滤膜产品主要为复合膜结构，及由无纺布、多孔基膜和分离层构成。其中，纳滤膜的分离性能来自于最上层的分离层，其主要是通过含多官能团有机胺的水相溶液和含多官能团有机酰氯的油相溶液之间的界面聚合反应制备而成。而无纺布和基膜主要为复合膜提供应用必要的机械强度。

自纳滤技术在上世纪80年代被提出以来，纳滤膜及其制备技术已经取得了长足的进步。但在保持高的盐截留率的同时，不断提高纳滤膜的产水通量仍然是膜研究领域的难点，也是膜技术研发和应用所不断追求的目标。因为高通量和高截留意味着更少的设备投入和更低的能耗需求。目前，众多研究通过改变分离层的结构来提高纳滤膜的性能，其中增加分离层的微孔性是一种提高通量的有效方法。而目前增加纳滤膜的微孔性主要是通过在膜材料中添加纳米材料来实现，其中纳米材料包括分子筛、二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯、碳纳米管、金属-有机框架材料(MOFs)及共价有机骨架材料(COFs)等。但是通过添加纳米材料的方式提高纳滤膜的水通量，通常会伴随着盐或有机物截留率的降低。这是因为，由于纳米添加剂和膜材料聚合物基体之间亲和性较差，在复合膜制备及使用过程中纳米添加剂会发生团聚甚至析出，进而产生缺陷，造成了截留性能的下降。而且由于复合膜制备方法的限制，通常纳米添加剂的添加量微乎其微，并不能在整体上改变膜材料的性质。另外，由于添加过程操作的复杂性，难以在膜工业实现大规模的应用。

自微孔材料(PIMs)是一种本身自带大量微孔(孔径小于2nm)的材料，其微孔性主要来自于其分子链段中刚性扭曲的结构，这种结构阻止了分子链的密集排列，从而产生了大量的微孔。PIMs材料已被研究应用于气体分离和有机溶剂的分离，所制备的膜性能优越。由于PIMs材料本身有较强的疏水性，要将其应用于水处理必须先克服其疏水的特性。目前，应用于水处理领域的自微孔纳滤膜未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低的，通量高的，同时截留率保持在较高的水平的自微孔高通量纳滤复合膜。

本发明的第二个目的是提供一种自微孔高通量纳滤复合膜的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种自微孔高通量纳滤复合膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将具有刚性扭曲结构的多官能团有机酚溶于pH＝9-14的碱水溶液中，得到质量浓度为0.1％-5％的溶液为溶液一，将含多官能团有机胺溶于水中得到质量浓度为0.1％-5％的溶液为溶液二，按体积比为(1-9)：(9-1)，将溶液一与溶液二混合，得到混合溶液；

(2)将超滤支撑层浸于所述混合溶液中，浸泡1-60min,取出，用风刀或橡胶辊将浸泡后的超滤支撑层上表面吹干或辊干；