[发明专利]一种ZIFs/PA混合基质正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种ZIFs/PA混合基质正渗透膜及其制备方法，所述ZIFs/PA混合基质正渗透膜由聚合物多孔支撑层、ZIFs纳米材料层、聚芳香酰胺致密分离层组成，并且，ZIFs纳米材料层位于聚合物多孔支撑层、聚芳香酰胺致密分离层之间；本发明中，纳米颗粒通过浸泡均匀沉积在正渗透膜支撑层表面，这样可以通过受控的界面聚合反应形成无缺陷的聚酰胺活性层，纳米粒子提供了特有的水通道，有效提高了聚酰胺复合膜的水通量，降低了盐反混通量，显著提升了分离膜的选择透过性。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种ZIFs/PA混合基质正渗透膜及其制备方法。

背景技术

正渗透过程(Forward Osmosis，简称FO)是一种模拟自然现象，以正渗透膜两侧溶液的渗透压差为驱动力，驱动纯水从原料液(低渗透压)一侧扩散到汲取液(高渗透压)一侧的膜分离过程。因此，首先FO过程不需要压力驱动，能耗较低，如果选择合适的驱动溶液和相应的回收过程，就可降低海水淡化过程的能耗。最近的研究发现FO过程中，膜的颗粒截留效果较好，并且膜污染趋势非常低，通过简单的水力冲洗就可完全恢复，因此可以用于高污染的水体的处理。同时FO过程具有较高的水回收率，可降低海水淡化过程中浓盐水的排放，减少对环境的影响。在食品和医药领域，不同于压力过程和加热过程，FO技术具有保持食物物理化学性质不变的特点。另外FO技术还可用于药物的控制和定点释放过程。由于FO过程具有诸多优点，未来可能会替代传统的技术用于更多的工业应用中。

近年来，兼备聚合物膜的易加工性和无机膜材料的优异分离特性以及化学稳定性的混合基质膜(Mixed Matrix Membranes,MMMs)备受研究者关注。这类膜材料通过在聚合物中掺杂无机填充相或金属有机框架类材料制备而成。与本体聚合物膜相比，混合基质膜优势在于：有显著增强的抗塑化特性；填充相种类繁多，选择范围广泛，拓宽了混合基质膜的设计可能性；填充相的性质可控性强，易于实现膜分离性能的优化。因此，基于填充相/聚合物的混合基质膜设计与分离性能研究成为分离膜材料研究工作中的重要研究方向。

金属有机框架类材料(Meta1-Organic Frameworks,MOFs)，是由金属离子或金属簇与多齿有机配体通过氧、氮连接而形成的具有周期性网络结构的新型有机-无机杂化多孔材料。MOFs材料的成膜化研究刚刚起步，目前MOFs膜常规的制备方法有原位生长法、二次晶种法和逐层生长法等，但是由于MOFs晶体在无机载体上的异相成核密度低，难于在各类无机载体上制备连续致密的膜层，所以制备高质量的MOFs膜有很大的难度。MOF在直接混合的前驱体溶液中生长，在聚合物支撑层空隙中原位生成纳米粒子中间层来微调基底的表面性质，以通过受控的界面聚合反应形成无缺陷的聚酰胺活性层。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明通过金属-有机框架(MOF)材料改性分离层结构，提供一种ZIFs/PA(聚酰胺)混合基质正渗透膜及其制备方法，主要解决了现有的正渗透膜不能同时具备高水通量和高盐截留率的问题。

本发明旨在改性分离层结构，通过在多孔支撑层材料上原位生长纳米材料，再界面聚合覆盖聚芳香酰胺致密分离层，制备了一种新型的正渗透膜。本发明的ZIFs/PA混合基质正渗透膜保证了高水通量和低盐反混通量，同时还能够高截盐，可以用于急救水袋、航空航天、食品浓缩、制药、绿色能源、植物保护箱、海水淡化、硬水软化、工业废水等领域。

本发明的技术方案如下：

一种ZIFs/PA混合基质正渗透膜，由聚合物多孔支撑层、ZIFs纳米材料层、聚芳香酰胺致密分离层组成，并且，ZIFs纳米材料层位于聚合物多孔支撑层、聚芳香酰胺致密分离层之间。

所述聚合物多孔支撑层由纤维无纺布和聚合物超滤涂层组成；其中：纤维无纺布的材质为聚酯、聚烯烃、尼龙中的一种或多种，厚度为30～300微米；聚合物超滤涂层为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的一种或多种。

所述ZIFs纳米材料为ZIF-7、ZIF-8、ZIF-67或ZIF-90纳米粒子。