[发明专利]一种基于纳米材料多元协同接枝的功能有机膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种基于纳米材料多元协同接枝的功能有机膜的制备方法。

背景技术

目前，我国正面临水资源匮乏和水污染严重两个方面的水资源危机，已经成为制约我国经济和社会可持续发展的主要因素之一。为使我国的水资源危机得到有效缓解，需要从供水来源开发和水污染控制两个角度入手。污水再生利用在降低污水排放量的同时，提供了一种新的水资源来源，具有成本低、潜力大、适用性广和环境友好等特点，是解决我国当前水环境问题的切实有效的措施之一。

膜分离技术，包括微滤、超滤、纳滤及渗透等，通过过滤截留，选择性地将水资源从复杂水体中稳定、高效地分离出来，是近年来最受关注的污水回用技术之一。然而，膜污染问题始终制约着膜法水处理技术的进一步推广发展。膜污染主要由待分离料液中的溶解性有机物、悬浮颗粒或微生物等，在物理或化学作用下在膜的表面和孔隙内发生吸附、沉积，造成膜孔堵塞所引起，从而导致膜通量降低和运行能耗增加。为保证过滤过程的长期稳定运行，需要采用物理、化学等手段定期地对污染膜进行清洗，不仅显著增加能耗和药剂成本，也会缩短滤膜寿命，进一步增加运行成本。

研究表明，膜的亲疏水性强弱是影响膜污染发生发展的主导因素，疏水性越强，膜越容易受到污染。然而，现有有机膜材料普遍具有较强的疏水性，从而易引发膜污染。此外，现有有机膜仅具有普通的物理截留分离能力，而在对特殊污染物的催化降解等方面则无能为力。近年来，纳米材料的发展不断推动着分离膜改性研究的进步。然而，目前已报道的改性方法对有机高分子膜的亲水性提升均比较有限，且较少关注分离膜特殊功能性的强化和提升。

发明内容

本发明旨在解决现有膜分离技术中，有机膜容易被污染且功能单一等问题，通过将膜表面微纳结构构建技术、纳米材料特有功能性以及纳米材料自组装接枝技术进行巧妙融合，实现有机膜表面的超亲水化和功能化，提供了一种基于纳米材料多元协同接枝的功能有机膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供多种表面带有氨基官能团的纳米材料的悬浮液；

(2)将步骤(1)所述多种纳米材料悬浮液于室温条件下进行混合，形成多元纳米材料混合悬浮液；

(3)提供表面带有羧基官能团的有机膜；

(4)将步骤(3)所述有机膜于室温条件下浸泡于催化剂水溶液中，浸泡时间为15-30分钟；

(5)将步骤(4)所述浸泡后的有机膜浸泡于步骤(2)所述多元纳米材料混合悬浮液中，经过纳米材料协同自组装接枝，得到功能化有机膜。

所述步骤(1)中所述的纳米材料，包括表面带有氨基官能团的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米银、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米金、纳米氧化铁、纳米钯、纳米铜、纳米氧化锆、纳米类水滑石、碳纳米管、石墨烯，或者是表面带有氨基官能团的具有纳米级尺寸的有机物材料。

所述步骤(1)中所述的纳米材料悬浮液，基于悬浮液的总质量，纳米材料的含量为0.1wt％-30wt％。

所述步骤(1)中所述的纳米材料悬浮液的pH范围为5-7.5。

所述步骤(1)中所述的纳米材料悬浮液的表面电位不低于15毫伏。

所述步骤(2)中所述的纳米材料混合悬浮液中包含不少于两种不同的纳米材料，任选地，基于多元纳米材料混合悬浮液的总质量，所述每种纳米材料的含量为0.01wt％-25wt％。

所述步骤(2)中所述的多种纳米材料悬浮液的混合过程在去离子水中进行，或者在pH范围为5-6.5的磷酸盐缓冲溶液中进行。

所述步骤(2)中所述的多种纳米材料悬浮液的混合过程采用搅拌或超声手段促进纳米材料的分散。

所述步骤(3)中所述的表面带有羧基官能团的有机膜，包括：膜材料自身具有羧基官能团的有机膜；膜材料自身不具有羧基官能团，但是所含添加剂具有羧基官能团的有机膜；或者是膜材料和添加剂自身均不具有羧基官能团，但是在成膜后通过表面改性手段使膜表面具有羧基官能团的有机膜。

所述步骤(4)中所述催化剂水溶液包含5mmol/L N-羟基丁二酰亚胺、2mmol/L 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、10mmol/L 2-(N-吗啉基)乙磺酸4-吗啉乙磺酸，并利用1mol/L HCl溶液调控催化剂水溶液pH为～5-5.5。

所述步骤(5)中所述的多元纳米材料混合悬浮液，采用磷酸盐缓冲溶液控制所述多元纳米材料混合悬浮液的pH为～7-7.5。

所述步骤(5)中所述纳米材料自组装接枝的反应时间为1-12小时。