[发明专利]一种黑滑石纳米颗粒改性的聚酰胺复合纳滤膜

说明书

本发明公开了一种黑滑石纳米颗粒改性聚酰胺纳滤膜及其制备方法。首次采用黑滑石纳米颗粒作为膜改性材料，将黑滑石纳米颗粒添加在铸膜液中搅拌均匀，静置脱泡后刮膜从而将其引入支撑膜，然后通过界面聚合法制备黑滑石纳米颗粒共混改性的聚酰胺纳滤膜。采用在支撑膜引入黑滑石纳米颗粒的改性方法有效的调节支撑膜孔径结构和孔隙率，实现对PA活性层结构及纳滤膜分离性能的有效调控，可在不影响分离性能的同时大幅度提高膜的水通量、机械强度及抗污染性能；制膜方法成本低廉、简单可控，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于水处理膜技术领域，特别涉及一种通过添加黑滑石纳米颗粒来提高聚酰胺纳滤膜的分离性能，膜强度以及膜抗污染性能的黑滑石纳米颗粒改性的聚酰胺复合纳滤膜制备方法。

背景技术

由于人口和经济的快速增长，水污染和水资源短缺已经成为全球性的挑战。目前的研究普遍致力于开发先进的材料和技术，通过海水淡化或废水回收用来增加淡水供应。在现有的所有海水淡化技术中，压力驱动的膜技术，如反渗透(RO)和纳滤(NF)，是最有效和最具发展前景的技术之一。其中纳滤膜可以实现多价盐和分子量大于200Da的有机分子的截留，这使得NF成为用于低耗能、高通量的不需要对单价离子进行超高的排斥的海水淡化中的理想水处理技术，同时在处理工业废水，软化地下水等方面具有广泛应用。目前大多数商业生产的纳滤膜是基于TFC结构，聚酰胺类纳滤膜表现出高分离性能，耐高温，适用的pH范围广，耐压性能好，物理和化学性能更稳定等特点。在过去的几十年里，TFC NF膜的性能得到了很大的改善，但目前TFC NF膜的渗透率仍然不高,克服TFC膜的渗透性和选择性之间长期存在的trade-off关系仍然是一个挑战。同时在实际水处理中会不可避免的出现膜污染问题。在操作过程中，水中的污染物被吸附在膜表面和膜孔中，导致膜孔堵塞，膜性能发生变化，从而降低膜通量并影响分离性能。因此，急需一种有效的方式来提高膜的渗透性能及耐污能力。

针对聚酰胺薄层复合纳滤膜存在的问题，可以通过对其膜结构的改性来提高性能。改性的方式主要包括：表面改性、支撑层改性及聚酰胺活性层改性。其中越来越多研究表明支撑层的性能及结构与纳滤膜的最终性能密切相关，使用较小孔隙的基底会使盐溶液传质阻力增大从而降低水通量，而使用较大孔隙的基底可以改善水的渗透性，但过大的孔隙会导致活性层缺陷的形成显著降低膜的选择性，同时过大的孔隙会使更多的水相单体浸入底膜多孔从而增大选择层厚度。因此通过在支撑层底膜中引入无机纳米材料来实现孔径调节及孔隙率的提升是改善聚酰胺纳滤膜分离性能有效方法，开发一些新型的功能性改性材料对于完善与拓展纳滤膜的制备是十分必要的。近年来在中国的中南地区和西南地区发现超大储量的黑滑石资源，己探明储量达5亿吨之多。黑滑石作为滑石的一种，是一种层状富镁硅酸盐矿物粘土，具有了一定的孔状结构，具有较大的比表面积和孔隙率。基于上述性能，本方法首次提出一种添加黑滑石纳米颗粒共混改性制备聚酰胺纳滤膜，对于制备分离性能更好，机械强度更高，抗污染能力更好的纳滤膜具有重大意义。

发明内容

为了克服现有技术中膜易被污染、分离性能较差、机械强度低等缺陷，本发明提供一种黑滑石纳米颗粒改性聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种黑滑石纳米颗粒改性聚酰胺复合纳滤膜，所述黑滑石纳米颗粒改性聚酰胺复合纳滤膜按如下方法制备：

(1)将粒径为5～500nm的黑滑石纳米颗粒(黑滑石来源于江西省上饶市广丰区)均匀分散在有机溶剂中，得到浓度为0.1～8.0wt％的黑滑石纳米颗粒分散液；加入聚砜，搅拌溶解，静置脱泡形成稳定均一的铸膜液；所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合溶剂；所述黑滑石纳米颗粒与聚砜的质量比为1:1～300；