[发明专利]一种UIO-66-NH2

说明书

本发明属于复合膜技术领域，具体公开了一种UIO‑66‑NH₂掺杂的有机硅高盐废水处理膜及其制备方法。该膜通过将UIO‑66‑NH₂金属有机骨架材料掺杂到聚合有机硅溶胶中，通过浸渍‑提拉法在预制的陶瓷支撑体表面形成UIO‑66‑NH₂/有机硅杂化膜。本发明所制得的UIO‑66‑NH₂/有机硅杂化膜在渗透汽化脱盐应用中表现出高水渗透率(达到1.6×10^‑10m³/(m²s Pa)和高盐截留率(NaCl截留率大于99.9.％)，且在TDS5wt％的高含盐废水处理过程中膜结构稳定。

技术领域

本发明属于复合膜技术领域，尤其涉及金属有机骨架材料构建有机-无机杂化复合膜的制备方法，具体涉及一种UIO-66-NH₂掺杂的有机硅高盐废水处理膜及其制备方法。

背景技术

如何处理化石能源开采、电厂脱硫及海水淡化等工业活动产生的大量高盐废水是实现零液体排放的关键。基于膜分离的反渗透(RO)脱盐技术已成为当前海水淡化的最主要技术。然而随着进料盐浓度的提高，RO脱盐过程的能耗会显著增加，从而限制了其在高盐废水处理领域的应用。近年来，利用渗透汽化 (PV)技术进行脱盐受到研究者的广泛关注。相对于RO脱盐，PV过程对进水水质要求较低，同时其能耗随着进料盐浓度的增加而波动不大，可处理高浓度盐水。此外，PV的操作温度通常为40-90℃，结合热量回收利用，PV脱盐的能耗可以和RO相比拟。这些独特的优势使PV有望成为解决当前高盐废水处理问题的最具潜力的膜法脱盐技术之一。

最近几种类型的膜材料被相继报道用于PV脱盐，主要包括聚乙烯醇(PVA)、沸石(NaA、ZSM-5及silicalite)和有机硅材料。然而，它们在高盐废水脱盐过程中膜渗透率较低或膜稳定性较差。例如，中国专利CA 106110909A提出了一种有机硅膜的制备方法及其渗透汽化处理高含盐废水的应用，通过溶胶-凝胶法制备了一种有机硅膜，在渗透汽化脱盐过程中具有良好的水热稳定性。但该有机硅膜水渗透率很低，且处理盐浓度范围有限(≤1wt％)。

UiO-66-NH₂是以Zr为金属中心的刚性金属有机骨架材料(Zr-MOFs)。因结构中有较强的Zr-O键，UiO-66-NH₂是为数不多的在水环境中具有优异稳定性的MOF 材料，在水处理领域具有良好的应用前景。此外，UiO-66的孔径尺寸刚好落在水分子(约0.27nm)和水合盐离子(0.66nm)尺寸之间，在脱盐应用过程中理论上可以实现盐离子的完美截留。但UiO-66-NH₂材料成膜性差，很难大面积制备出完整无缺陷的UiO-66-NH₂分子分离膜。

发明内容

针对当前高盐废水处理用有机硅渗透汽化膜较低的水渗透率和盐浓度适用范围窄等缺点，本发明提出通过在桥联有机硅网络中掺杂UIO-66-NH₂纳米粒子，利用UIO-66-NH₂特定的孔道结构和高亲水性，优化桥联有机硅网络结构和表面性质，制得具有高水渗透率和高盐截留率的渗透汽化高盐废水处理膜，所述废水处理膜通过将UIO-66-NH₂金属有机骨架材料掺杂到聚合有机硅溶胶中，通过浸渍-提拉法在预制的陶瓷支撑体表面形成UIO-66-NH₂/有机硅杂化膜。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种UIO-66-NH₂掺杂的有机硅高含盐废水处理膜的制备方法，具体步骤如下：

(1)以双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)、双(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy) 或双(三乙氧基硅基)甲烷(BTESM)中的一种或几种为硅源前驱体，以盐酸为催化剂，在乙醇溶液中与水进行水解聚合反应，得到有机硅聚合溶胶。

其中，硅源前驱体、水、盐酸的摩尔比为1:60:0.2，溶液在40℃下搅拌2h 进行聚合反应。