[发明专利]一种基于两步添加聚苯乙烯磺酸钠的高性能含ZIF-8纳滤膜制备方法

说明书

本发明公开了一种基于两步添加聚苯乙烯磺酸钠的高性能含ZIF‑8纳滤膜制备方法。该方法步骤包括：(1)聚苯乙烯磺酸钠(PSS)水溶液对超滤基膜进行改性；(2)引入含Zn²⁺的水溶液；(3)引入含2‑甲基咪唑和PSS的水溶液，利用原位生长法制备ZIF‑8，并调节颗粒负载量；(4)引入含哌嗪(PIP)的水溶液；(5)引入含均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液，通过界面聚合制备聚酰胺皮层。本发明通过原位生长法在基膜表面沉积ZIF‑8，制备方法简便，便于工业放大；步骤(1)中PSS的使用实现了Zn²⁺在基膜表面的锚定，而步骤(3)中PSS的使用提升了ZIF‑8的沉积量，并且避免了ZIF‑8的团聚；由此制得的含ZIF‑8的聚酰胺纳滤膜表现出高的水通量及对二价离子和染料的稳定截留性能。

技术领域

本发明涉及一种基于两步添加聚苯乙烯磺酸钠的高性能含ZIF-8纳滤膜制备方法，属于膜材料改性技术领域。

背景技术

随着我国经济和城镇化的快速发展，一方面生活污水和工业废水的大量排放导致水污染形势越发严峻，另一方面人们对水质的要求越来越高，使得水资源供求矛盾加剧。近年来膜法水处理技术快速发展，按分离膜孔径的大小，膜技术可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透。纳滤膜的孔径介于超滤膜和反渗透膜之间，在有效截留二价盐同时可以透过一价盐。纳滤运行过程中驱动压力低、能耗低，在水处理、分离纯化领域广泛运用。为了提高纳滤膜的通量，突破通量-截留平衡的限制，人们尝试在纳滤膜的功能层中引入纳米颗粒，制备性能优良的纳米复合材料(TFN)纳滤膜。

近年来常用于TFN纳滤膜制备的纳米材料主要有TiO₂、SiO₂、Ag、沸石、碳纳米管、金属有机框架(MOFs)等。其中，MOFs材料具有比表面积高、孔隙率大、结构可设计、孔径可控等特点，并且其中所含的有机配体与纳滤膜功能层间亲和力强，能够减少无选择性大孔的产生。HKUST-1、UiO-66、ZIF-8、ZIF-11、MI-68(Al)等MOFs材料已经应用于TFN纳滤膜的制备。在众多MOFs材料中，ZIF-8具有较高的水热稳定性和化学稳定性，且合成方法简单。将ZIF-8颗粒加入界面聚合反应的水相或油相，可以降低聚酰胺分离层的交联度和厚度，提高聚酰胺层的粗糙度，从而有效提高膜通量。此外，ZIF-8的多孔结构可以增加膜内水分子运输通道，提高通量并保持稳定的截留性能。但将ZIF-8颗粒直接加入到界面聚合反应的水相或油相中，会出现严重的团聚现象，在膜中的分散性差，导致膜性能下降。

本发明针对上述问题提出了一种基于两步添加聚苯乙烯磺酸钠的高性能含ZIF-8纳滤膜制备方法。该方法利用原位生长在基膜表面沉积ZIF-8，制备过程中两步添加PSS，分别实现了Zn²⁺在基膜表面的锚定以及ZIF-8沉积量的提高和分散性的改善，从而得到了具有高通量和稳定二价离子和染料截留性能的复合聚酰胺纳滤膜。

发明内容

本发明提供了一种基于两步添加聚苯乙烯磺酸钠的高性能含ZIF-8纳滤膜制备方法，目的是通过调控ZIF-8原位生长沉积的条件实现TFN纳滤膜性能优化。

本发明提出的高性能纳滤膜制备方法包括如下步骤：

步骤(1)：将基膜浸泡在含一定浓度的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)水溶液中6-24h，去除膜表面多余的液体；

步骤(2)：将步骤(1)得到的膜浸泡在含一定浓度Zn²⁺的水溶液中6-24h,去除膜表面多余的液体；

步骤(3)：将步骤(2)得到的膜浸泡在含一定浓度2-甲基咪唑(Hmim)和一定浓度PSS的混合水溶液中6-24h，并用去离子水充分清洗，60℃下静置5-60min；

步骤(4)：将步骤(3)得到的膜浸泡在含一定浓度哌嗪(PIP)的水溶液中0.5-3min，去除膜表面多余的液体；