[发明专利]一种纳米材料混合基质膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合膜的制备技术领域，特别涉及一种纳米材料混合基质膜的制备方法。

背景技术

反渗透膜和纳滤膜等高压膜在饮用水处理和污水回用等诸多领域具有广泛而不可替代的应用。由于具有较高的膜通量及对溶解性有机物极高的截留率，复合膜是目前高压膜的最主要形式。复合膜已基本成为高压膜制备的行业标准。

复合膜的结构特征在于：起支撑作用的微孔中间层和起过滤作用的过滤皮层单独制备，即首先制备微孔中间层，随后制备过滤皮层。

同所有膜过滤过程一样，复合膜过滤也会受到膜污染的严重影响。膜污染不但会增加膜过滤阻力，降低膜通量，还会增加过滤通道阻力，增加运行能耗。此外，膜污染还会降低膜对污染物质的截留能力，恶化出水水质。

实践表明，生物污染是复合膜污染的最主要表现形式。生物污染表现为微生物在膜组件内的过度繁殖。对复合膜而言，生物污染并不能通过简单投加消毒剂（如Cl₂）的方式消除。绝大多数复合膜对消毒剂的耐受能力均很低。在极微量的消毒剂浓度下，复合膜会发生破坏，严重影响复合膜的截留能力。

开发具有抗菌能力的复合膜成为目前复合膜研制的重要方向。以植入无机纳米材料为特征的纳米材料混合基质膜是抗菌性复合膜的典型代表。纳米材料混合基质膜将纳米材料的抗菌性能和复合膜的高过滤通量、高污染物截留率完美地结合起来。

目前制备纳米材料混合基质膜的方法主要有两种。如图1所示是现有制备方法一：在复合膜形成后，再在复合膜表面植入纳米材料。这种方法的主要缺点是纳米材料在膜表面的牢固性不高。在混合基质膜应用过程中，纳米材料会不断流失，混合基质膜的抗菌性能也随着消失。如图2所示是现有制备方法二：在制备复合膜（即混合基质膜）的反应物溶液中添加纳米材料。纳米材料的植入和复合膜的形成同时发生。这种方法的主要缺点是纳米材料容易发生聚集，对混合基质膜的过滤和截留性能造成不利影响；同时，纳米材料在膜表面的覆盖率也不易控制。

因此，急需开发一种混合基质膜的制备方法，利用该方法能够保证纳米材料在膜表面均匀分布、牢固性高且覆盖率容易控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纳米材料混合基质膜的制备方法，制备的纳米材料混合基质膜，其纳米材料牢固性高、分布均匀且覆盖率容易控制。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纳米材料混合基质膜的制备方法，其特征在于，包括两个步骤：

步骤一、制备植入纳米材料的微孔中间层；

步骤二、在已植入纳米材料的微孔中间层表面制备过滤皮层。

所述的纳米材料包括氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化硅、银、碳纳米管或沸石中的一种或多种。

所述纳米材料的平均粒径在0.01-1微米之间。

所述纳米材料的平均粒径在0.01-0.2微米之间。

所述的微孔中间层包括有机高分子材料，有机高分子材料包括聚砜PSf、聚醚砜PES、聚偏二氟乙烯PVDF、聚氯乙烯PVC、聚丙烯腈PAN、聚酰胺PA、聚酰亚胺PI、聚醚酰亚胺PEI及其共聚物中的一种或多种。

所述步骤一是在制备微孔中间层的同时将纳米材料原位植入微孔中间层表面的。

所述步骤一是先制备微孔中间层，之后将纳米材料溶液均匀涂布于微孔中间层表面实现植入。

所述步骤一是先制备微孔中间层，之后将纳米材料利用静电作用吸附于微孔中间层表面实现植入。

所述步骤一是先制备微孔中间层，之后将纳米材料直接喷射于微孔中间层表面实现植入。

微孔中间层的平均孔径在0.005-1微米之间。

微孔中间层的平均孔径在0.01-0.5微米之间。

微孔中间层的平均孔径在0.01-0.1微米之间。

所述微孔中间层的厚度在10-1000微米之间。

微孔中间层的厚度在10-500微米之间。

微孔中间层的厚度在10-100微米之间。

所述的过滤皮层为单层或多层。

所述的过滤皮层为单层，化学组成为聚酰胺，采用界面聚合法进行合成，具体步骤如下：