[发明专利]一种纳米杂化复合膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米杂化复合膜的制备方法，在制备含杂化金属粒子的水相溶液时，将水溶性金属盐和络合剂加到水中，使金属离子首先与络合剂结合形成稳定且在水相中均匀分布的络合物，然后添加可与水溶性金属盐反应生成沉淀的沉淀剂和用于聚合生成复合膜的单体，搅拌混合和/或超声处理后，得到含有均一纳米粒子的水相溶液；以该水相溶液为反应物参与界面聚合反应生成纳米粒子杂化的复合膜功能分离层。本发明可显著提高杂化金属纳米粒子在功能分离层中的分布均匀性，减少纳米粒子因分散不均甚至团聚引起的膜缺陷问题，使纳米杂化复合膜在保持高截留率的同时又提高其水通量，提高复合膜渗透性能的均一性和稳定性，且重现性良好。

技术领域

本发明涉及海水淡化或污水处理技术领域，尤其是一种纳米杂化复合膜的制备方法。

背景技术

日趋严重的水污染以及全球淡水资源的匮乏是 21世纪人类面临的最严峻的问题之一。基于反渗透技术的海水淡化和污水回用是增加淡水资源的有效途径。反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。目前，聚酰胺反渗透复合膜为最先进、高效和使用最广泛的反渗透膜类型。聚酰胺反渗透复合膜一般由无纺布基材、聚砜支撑层以及聚酰胺致密功能分离层构成。其中，实现物质筛分的关键层为聚酰胺致密功能分离层。聚酰胺致密功能分离层一般由芳香胺单体（溶解于水相）与芳香酰氯单体（溶解于油相）经水油界面的界面聚合反应制得。经过30多年的发展，反渗透复合膜的性能得到了极大的提升，但研发高通量反渗透复合膜依然是本领域主要的研发方向之一。目前，在合成聚酰胺致密功能分离层的过程中，为了提高反渗透复合膜的水通量，常用方法就是在水相中添加纳米粒子，经过界面聚合后，这些纳米粒子被杂化在聚酰胺致密功能分离层中，借助纳米粒子自身的孔洞或纳米粒子与聚酰胺功能分离层间的空隙提高聚酰胺反渗透反渗透复合膜的水通量。然而，由于纳米粒子的比表面积非常大，其很难均匀地分散在水相中，且极易产生团聚，导致纳米粒子并不能均匀地杂化到聚酰胺致密功能分离层中，因此经界面聚合后制得的聚酰胺功能分离层中纳米粒子的分布非常不均匀，导致聚酰胺反渗透反渗透复合膜的水通量不稳定，影响了聚酰胺反渗透复合膜的性能。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种纳米杂化复合膜的制备方法，其解决了纳米粒子不能均匀地杂化到聚酰胺功能分离层中导致聚酰胺复合膜的性能不稳定的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种纳米杂化复合膜的制备方法，在制备含杂化金属粒子的水相溶液时，将水溶性金属盐和络合剂加到水中，使金属离子首先与络合剂结合形成稳定且在水相中均匀分布的络合物，然后添加可与水溶性金属盐反应生成沉淀的沉淀剂和用于聚合生成复合膜的单体，搅拌混合和/或超声处理后，得到含有均一纳米粒子的水相溶液；以该水相溶液为反应物参与界面聚合反应生成纳米粒子杂化的复合膜功能分离层。

其中，搅拌混合和/或超声处理后包括：仅搅拌混合、仅超声处理、先搅拌后超声处理、或先超声后搅拌四种方式；优选为仅超声处理。

根据本发明较佳实施例，所述纳米杂化复合膜为反渗透膜；所述反渗透膜包含聚酰胺功能分离层，聚酰胺功能分离层采用界面聚合反应制得；其中，水相溶液按照如下方法制备：将水溶性金属盐和络合剂加到水中，待溶解后，添加可与水溶性金属盐反应生成沉淀的水溶性沉淀剂、吸酸剂和多元胺单体，搅拌混合和/或超声处理后，得到含有均一纳米粒子的水相溶液；以该水相溶液为反应物与含酰氯单体的油相溶液进行界面聚合反应。

根据本发明的较佳实施例，所述制备方法还包括：所述制备方法还包括：将含有均一纳米粒子的水相溶液涂覆在渗透膜底膜材料上，静置一段时间后，将渗透膜底膜材料上流动的水相溶液清除，再在渗透膜底膜材料上涂覆溶解有多元酰氯单体的油相溶液，经热处理后，在渗透膜底膜材料上得到纳米粒子杂化的聚酰胺功能分离层；或者，