[发明专利]一种杂化复合反渗透/纳滤膜、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种杂化复合反渗透/纳滤膜的制备方法以及所制备的杂化复合反渗透/纳滤膜的应用；所述的杂化复合反渗透/纳滤膜的制备方法包括相转化步骤、界面聚合步骤；本发明通过在聚砜(聚醚砜)、聚酰亚胺混合基膜上沉积氨基化量子点中间层，再在氨基化量子点中间层上进行界面聚合，显著地提高了膜的稳定性，并提高了膜的通量；所述的氨基化量子点中间层由于具有大量的氨基，能够与基膜中的聚酰亚胺和分离皮层以共价键连接，可以改善纳米粒子的分散性和稳定性，提高了膜的分离性能；本发明制备工艺简单，在海水/苦咸水淡化等水处理方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种杂化复合反渗透/纳滤膜、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来海水淡化和苦咸水淡化技术引起了普遍的关注。地表水资源中，约合97％为海水，由于其盐分含量高，不能直接使用。但海水资源丰富，使得人们开始重视发展海水淡化技术，扩大淡水资源的获取渠道，缓解水资源缺乏的困境。

膜分离过程由于其低能耗、高效和环境友好等特点，在过去几十年里发展非常迅速，已逐渐成为化学工程、食品加工、水处理和医药技术等方面的重要分离过程。其中，将反渗透(Reverse osmosis，RO)与纳滤(Nanofiltration，NF)等技术用于获得淡水资源，已成为膜分离过程最重要的应用方向。目前水处理用膜的市场规模为60亿美元，且每年以10～15％的速度增长。但目前的反渗透膜通量与截留率之间存在一个此消彼长的“Trade-off”关系，具有较高截留率的RO膜往往通量较低。

为进一步提高反渗透膜的通量，近些年来，出现了纳米材料掺杂制备的混合基质膜(MMMs)和薄层纳米复合膜(TFN)，前者是基于相转化法，在铸膜液中加入纳料材料，在成膜过程中在皮层与支撑层都存在纳料材料；后者是将纳米材料加入界面聚合过程的水相或油相单体溶液中，通过界面聚合形成一层薄层纳米材料复合膜。但是，纳米材料分散性差，易团聚，且大多是通过范德华力、氢键等分子间弱相互作用力存在于膜基质中，在使用过程中不可避免地存在纳米颗粒的流失等问题，所以膜的稳定性较差。

近年来，纳米材料中间层的引入开始受到研究者的关注。通过在基膜上真空抽滤或过滤沉积一层纳米材料，再在其上通过界面聚合获得一层薄层复合膜。中间层可以准确地调控“基膜”的孔径、孔隙率、亲水性以及表面形貌，使水相单体溶液分布更加均匀，有效地控制界面聚合过程中水相单体的释放，从而控制分离层的形成。

从国内外近年来的研究来看，在界面聚合过程中，先沉积一层纳米材料中间层，再进行界面聚合是近年来的研究热点。研究者们成功地将COFs、CNTs、MOFs、GO等纳米材料制备成中间层，提高了复合膜的分离性能。

石墨烯量子点(GQDs)是一种新型的准零维纳米材料，是单层或者几层的石墨烯片，不仅具有较强的量子效应、边界效应和荧光性能，而且具有良好的热稳定性和化学稳定性以及优良的生物相容性和低毒性。功能化石墨烯量子点是近年来研究的热点，不同的功能化量子点有着不同的尺寸、形状、和边缘基团，极大的拓展了纳米材料的引用范围。氨基化石墨烯量子点(af-GQDs)不仅具有量子点和石墨烯一般的性能，还因其有着较好的水溶性，以及-NH2的存在，使其可以在界面聚合过程中参与反应，可以解决纳米粒子在膜材料中长期稳定存在的问题。

近年来，石墨烯量子点开始应用于纳滤膜、反渗透膜的制备过程中；目前大多数研究将石墨烯量子点作为水相添加剂，但是难以保证石墨烯量子点的良好分散，以及量子点的稳定性。

在反渗透膜和纳滤膜制备中广泛使用聚砜或聚醚砜为基膜，再通过界面聚合制备超薄皮层。但是，由于聚砜和聚醚砜的高分子链上没有活性基团，无法与纳米材料之间形成共价相互作用，纳米材料中间层与基膜之间、纳米材料中间层与皮层之间大多数仍然是通过范德华力、氢键等分子间弱相互作用力相结合，因此，不可避免地导致纳米材料中间层不稳定，在使用过程中存在纳米颗粒的流失等问题，所以膜的稳定性较差,膜的通量与截留率较低。

发明内容