[发明专利]一种快速将微滤或超滤膜原位转化为纳滤膜的方法

说明书

本发明公开一种快速将微滤或超滤膜原位转化为纳滤膜的方法，属于膜分离技术领域。本发明目的在于克服现有纳滤膜制备技术的不足，开发一种简单、廉价、快速的纳滤膜原位制备的方法。本发明利用无需特殊条件就能与氧化石墨烯发生反应的二胺为交联剂，利用水的表面张力和气体压力的共同作用调节氧化石墨烯片层的贴合性，制备过程无需加热、烘干等特殊处理，以简单快速的方式，在装有微滤或超滤膜的装置中，实现氧化石墨烯纳滤膜的原位制备。本发明的方法具有成本低廉、可原位制备、可再生和不受基底膜种类与形状的限制等优点，所制备的纳滤膜具有较高的水通量，对离子和有机物具有良好的脱除效果，具有广阔的规模化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种快速将微滤或超滤膜原位转化为纳滤膜的方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

纳滤(NF)是一种介于超滤和反渗透之间的压力驱动型膜分离技术，其有效过滤孔径为0.5-2纳米。纳滤通常具有操作压力低，水通量大等优点，对无机盐和小分子有机物有一定的去除能力，对色度和异味有较好的净化性能，广泛用于水处理领域。目前，纳滤膜的制备方法主要有相转化法、共混法、荷电化法和复合法等。其中复合法是目前使用最多的方法，是通过在多孔的基底膜上复合一层具有分离性能的聚合物薄层制备。以聚合物为分离有效层的纳滤膜虽然具有较好的选择性和透过性，但存在易发生氯中毒和易滋生细菌等缺点，而导致性能的下降，膜的应用范围受到一定限制。在纳滤膜的制备和分离机理研究等方面依然存在大量的技术问题需要解决，并且需要进一步开发价格低廉、性能优良、适用范围广的纳滤膜。

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有二维结构特点、较高的理论比表面积和丰富的含氧官能团。氧化石墨烯具有比石墨烯更好的可加工性和在水中的分散性，可在其表面进行各种修饰和调变，是理想的膜材料。利用化学氧化结合超声剥离的方法能够以廉价的方式实现氧化石墨烯溶液的大量制备，为氧化石墨烯膜的规模化应用提供了良好的基础。

Joshi等(Science,2014,343(6172):752-754)的研究发现，水分子能够几乎没有摩擦力的通过石墨烯片层所形成的狭缝型结构。等(Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16(18):8646-8654)通过分子动力学模拟的方法，说明理论上氧化石墨烯膜能够实现良好的脱盐效率和较高的水通量。Nair等(Science,2012,335:442-444)利用旋涂法制备氧化石墨烯膜，并利用化学腐蚀的方法去除基底，制备自支撑的致密的氧化石墨烯膜，对水蒸气具有极快的渗透速率，但该方法制备的膜机械强度差，无法大面积制备。负载型氧化石墨烯膜，是以负载在基底膜表面的氧化石墨烯层作为分离作用有效层，利用基底膜的支撑作用增强膜的机械强度，具有更广阔的应用空间。Mi等(J.Membrane Sci.,2014,469:80-87)通过层层自组装法，利用静电作用力依次将带负电荷的氧化石墨烯片层和带正电荷的聚丙烯腈负载到基底膜上制备氧化石墨烯复合膜，该制备方法需多次交替浸渍负载，操作过程繁琐，难以规模化生产与应用。Wang等(J.Mater.Chem.A,2015,3(8):4405-4412)通过酯化反应，合成一系列的共价交联的氧化石墨烯膜，但交联反应条件较为苛刻，制膜面积小，难以工程化应用。Zhang等(J.Membrane Sci.,2016,515:204-211)通过磺化作用在氧化石墨烯片上引人磺酸基，并对氧化石墨烯溶液进行了一定的还原处理，利用真空抽滤的方法制备了丁二酸交联的氧化石墨烯膜，该交联反应需要加热和强酸条件的催化，制备过程复杂，抗压力冲击能力差，限制了其进一步的应用。

上述制备氧化石墨烯膜的方法分别存在诸如工艺复杂、制膜的面积小、膜强度低、反应条件苛刻、难以规模化生产等问题。