[发明专利]一种金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜及其应用

说明书

本发明公开了一种金属有机骨架(MOF)改性纳滤/反渗透膜的制备及应用，属于水处理膜制备技术领域。首先采用多巴胺类生物启发材料发生自聚反应均匀涂覆在高分子支撑层表面，然后通过MOF与涂覆层间的麦克尔加成反应或希夫碱反应将MOF预先组装在多孔支撑层表面，随后进行界面聚合反应，从而实现将MOF材料嵌入聚酰胺(PA)活性层中。本发明的优势在于，克服了传统的将MOF混入水相或有机相，MOF在PA层中分散不均的问题，同时可以大大降低MOF的用量。制备的MOF改性纳滤/反渗透膜在提高膜通量的同时，截留率得到了很好的保持；方法简单，易操作，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水处理膜技术领域，尤其涉及金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜及其制备与其应用。

背景技术

纳滤与反渗透均为压力驱动膜，与传统热法脱盐技术相比，具有分离过程无相变、分离效率高、占地面积小、操作简单等优点。目前，商业化纳滤和反渗透膜多为复合膜，通常由三部分组成：无纺布增强层、高分子支撑层和聚酰胺分离层。界面聚合是制备复合纳滤/反渗透膜常用的手段，具备操作简单、容易控制以及可放大等优点。然而这种复合膜仍然存在着渗透性与选择性的trade-off限制、膜易污染以及耐氯性能差等缺点。

对聚酰胺活性层进行改性实现制备高通量和高选择性的新型纳滤/反渗透膜是近年来的研究热点与那点之一。利用无机纳滤材料改变活性层的亲水性、交联度及孔结构等是提高复合膜性能的常用手段。

近年来，金属有机骨架(MOF)材料作为一种新型的多孔材料引起了广泛的关注。由于其孔隙率高、比表面积大、孔结构可控，具备纳米级孔道的金属有机骨架材料在膜分离方面表现出了广阔的应用前景。目前，金属有机骨架材料改性纳滤/反渗透膜多为将金属有机骨架混入水相或有机相，然后进行界面聚合，以实现将金属有机骨架材料引入聚酰胺活性层。此类方法会大量浪费昂贵的金属有机骨架材料，同时金属有机骨架材料分散的不均匀，容易团聚，大大限制了膜性能的进一步提高。

本发明针对以上的不足，提出预先通过化学键合的作用将金属有机骨架材料均匀分布在高分子支撑层表面，然后进行界面聚合制备MOFs/TFN纳滤/反渗透膜，以达到MOFs提高TFC纳滤/反渗透膜的分离性能。

发明内容

本发明的首要目的是有效提高纳滤/反渗透膜的亲水性，提供了一种改性纳滤/反渗透膜及其制备方法，有效的解决了该问题。

本发明中金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜，包括高分子多孔支撑层、MOF组装层和PA活性层，其特征在于，所述的高分子多孔支撑层上组装有MOF组装层，在组装有MOF组装层的高分子多孔支撑层上进行界面聚合制备嵌入MOF的PA活性层，得到所述的金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜。

本发明采用以下技术方案：

一种金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜，按如下方法制备得到：

(1)高分子多孔支撑层制备：将高分子材料搅拌溶解在非极性或极性有机溶剂中，静置脱泡，形成稳定均一的铸膜液，将铸膜液刮涂在玻璃板上，经去离子水凝固浴，发生相转化成膜，随后保存于去离子水中12～48h进行进一步溶剂交换，以除去剩余的溶剂，得到所述的高分子多孔支撑层；所述高分子材料选自聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、聚醚酰亚胺、聚丙烯或碳酸酯中的至少一种；

(2)组装有MOF的高分子多孔支撑层制备：配制pH＝7.0的Tris-HCl缓冲液，加入涂覆单体得到混合液，将步骤(1)制备的高分子多孔支撑层浸泡在上述混合液中，震荡反应0.5～72h；反应完成后，取出高分子多孔支撑层，用去离子水清洗；然后浸泡在含有MOF的Tris-HCl缓冲液中，继续震荡反应6～12h；反应结束后去离子水清洗，得到所述组装有MOF的高分子多孔支撑层；所述涂覆单体为单宁酸、邻苯二酚、间邻苯二酚或对苯二酚中的至少一种；