[发明专利]纳米多孔陶瓷复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种纳米多孔陶瓷复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤是介于超滤和反渗透之间的新型膜分离技术。其操作压力范围在0.2-1.0MPa，膜的截留分子量在200-1000范围内。与反渗透膜相比较，纳滤膜可以在较低的操作压力下获得高的水通量和高的二价或多价离子截留率(大于98％)，对于低分子量的有机小分子也可以获得相似的截留率。因此纳滤膜被广泛的应用于苦咸水脱盐，医药、食品和生物等行业。

纳滤膜的制备工艺大致有以下几种：相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法和化学改性法等。其中，界面聚合法是最常用的方法。

尽管纳滤膜技术目前已经取得了巨大的进步，各种商品膜都表现出了较好的膜性能。但是仍然存在许多需要改进的地方，如膜耐污染性能较差，对进水水质要求很高；有机膜材料强度低、不耐腐蚀等等。而脱盐率与水通量仍然是一对制约膜性能的重要参数，而且在一般情况下，这两个参数是一对矛盾，增加水通量则会降低脱盐率，反之亦然。克服这一对矛盾成为当前纳滤膜研究和开发过程中的重要课题。

截留率和水通量也是评价纳滤膜的两个重要参数，截留率R(％)定义为：

在一定的操作条件下，进料液中溶质的浓度(Cf)与渗透液中溶质的浓度(Cp)之差，再除以进料液中溶质的浓度(Cf)，再乘以100%。

R(%)=Cf-CpCf×100%]]>

水通量定义为：在一定操作条件下，单位时间内透过单位膜面积的水的体积，本发明中的单位为L／m2·h

目前一般认为，提高膜的亲水性可以在保持盐截留率的前提下，提高膜的水通量并且改善膜的抗污染性能。许多研究者采用高度亲水的无机纳米颗粒与有机膜复合以提高膜的亲水性能。其中TiO2纳米颗粒应用较多，虽然在微滤和超滤膜中取得了较好的效果，但对于纳滤膜却没有取得预期的结果。这主要是由于一般采用的TiO2纳米颗粒都是实心结构，其颗粒尺寸与纳滤膜的孔径相当，因此当纳米颗粒复合进入纳滤膜结构中后，会堵塞纳滤膜的孔。结果是膜的表面接触角降低了，即膜表面亲水性提高了，但是水通量却呈现出下降的趋势。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明的目的是提供了一种膜通量大、截留率高、耐污染、易清洗的纳米多孔陶瓷复合纳滤膜及其制备方法。

本发明的一个目的是通过一下技术方案实现的：

一种纳米多孔陶瓷复合纳滤膜，包括高分子多孔支撑膜、以及均匀复合在所述高分子多孔支撑膜表面的聚哌嗪酰胺功能层，所述聚哌嗪酰胺功能层中均匀分布有多孔TiO2陶瓷纳米颗粒；

所述多孔TiO2陶瓷纳米颗粒的平均粒径为5-30nm，比表面积为50-320m2/g，平均孔径为1~3nm。

较佳地，所述纳滤膜中所述多孔TiO2陶瓷纳米颗粒的质量比为0.001%-0.34%。

较佳地，所述聚哌嗪酰胺功能层为多元酰氯或多元酰氯混合物与哌嗪水溶液或者哌嗪与多元胺混合物通过界面聚合反应制备。

较佳地，所述聚哌嗪酰胺功能层为多元酰氯或多元酰氯混合物通过界面聚合反应制备；或者为哌嗪水溶液或者哌嗪与多元胺混合物通过界面聚合反应制备。

较佳地，所述多元酰氯为芳香族多元酰氯、脂肪族多元酰氯或者脂环族多元酰氯；

所述多元胺为芳香族多元胺、脂肪族多元胺或者脂环族多元胺。

更佳地，所述多元酰氯为均苯三酰氯。

本发明的另一个目的是通过一下技术方案实现的：

一种纳米多孔陶瓷复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

将多孔TiO2陶瓷纳米颗粒加入基础溶液，使所述多孔TiO2陶瓷纳米颗粒均匀分散在所述基础溶液中，制得功能溶液；

将所述功能溶液复合到高分子多孔支撑膜表面，得到纳米多孔陶瓷复合纳滤膜。

较佳地，所述多孔TiO2陶瓷纳米颗粒在所述基础溶液中的含量为0.003%w/v至2%w/v。