[发明专利]一种含β-CD@ZIF-8纳米颗粒双层聚酰胺耐溶剂纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含β‑CD@ZIF‑8纳米颗粒双层聚酰胺耐溶剂纳滤膜及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：预处理聚酰亚胺纳米纤维为支撑层；制备β‑CD@ZIF‑8纳米颗粒；配制聚合物旋涂液；旋涂成膜；含纳米颗粒致密层制备，最终得到所述含β‑CD@ZIF‑8纳米颗粒双层聚酰胺耐溶剂纳滤膜。本发明的优点在于：由旋涂制备的膜厚均匀，分离层与支撑层之间结合力强，膜的耐溶剂性能出色，对不同溶剂分子均有出色的透过性并对不同溶质具有良好的选择性，在处理溶剂过程中具有实用价值。

技术领域

本发明涉及耐溶剂纳滤膜的合成，具体涉及一种含β-CD@ZIF-8纳米颗粒双层聚酰胺耐溶剂纳滤膜及其制备方法。

背景技术

耐溶剂纳滤膜近年来作为一种“绿色技术”被广泛的应用于药物纯化、染料截留、工艺催化、食品加工以及石油化工等领域。大多数的商业化耐溶剂纳滤膜采用聚酰亚胺(P84和5218)通过非溶剂致相转化法并进一步界面聚合后制得。然而，由于其在制备过程中使用己二胺进行交联，在操作过程时溶剂渗透性逐渐下降。因此，目前研发新型耐溶剂纳滤的目标仍是在保证在强溶剂中的操作稳定性时，减小溶剂通量和溶质截留率之间的“权衡”效应所带来的影响。

采用先进的电纺聚酰亚胺纳米纤维作为耐溶剂支撑层来制备耐溶剂纳滤膜是我们提出的一种新方案。这种超精细的纳米纤维有着均匀的厚度约33μm，并且拥有均匀的表面孔，其平均孔径约1.273μm。其高孔隙率可以在操作过程时降低溶剂传质阻力。

芳纶1313(PMIA)，又称聚间苯二甲酰间苯二胺是一种芳香类聚酰胺材料并且拥有多种适合制膜的优点，例如其亲水特性、高孔隙率、出色的机械性能和热稳定性以及可操作性。在膜科学前沿领域，Zhu等(J.Membr.Sci.518(2016)72-78)采用芳纶1313制备了一种拥有高孔隙率、精准孔径分布和良好表面亲水性的高兴能超滤膜，并且其指出芳纶1313这聚酰胺材料可以打破渗透性能和选择性之间的平衡。Xiao等(J.Membr.Sci.550(2018)36-44)采用芳纶1313并通过界面聚合法制备了热稳定薄层复合纳滤膜，其通量在90℃下是25℃下的三倍并保持截留率不变。B.V.D.Bruggen等(RSCAdv.5(2015)73068-73076)在芳纶1313纳滤膜中掺杂了MIL-53(Al)颗粒并应用于耐溶剂纳滤。然而，相比MIL-53(Al)，ZIF-8是一系列拥有出色的热稳定性和化学稳定性的多孔材料。其特殊的方钠石形貌和孔道在耐溶剂领域收到极大关注。A.G.Livingston等(J.Am.Chem.Soc.135(2013)15201-15208)在聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜的分离层中引入不同金属有机框架材料，其中添加ZIF-8材料的改性膜显示出出色的耐溶剂性能并且其表面接触角数值为该系列最高。但是其在单体溶液中的分散情况限制了该材料在膜技术中的发展。

中国专利“一种聚间苯二甲酰间苯二胺纳滤膜的制备方法”(公开号CN102114391A)使用芳纶1313为膜材料，通过相转化法成膜。并其发明侧重点在于水处理环境的工业废水处理。中国专利“一种聚间苯二甲酰间苯二胺纳滤膜的制备方法”(公开号CN105413500B)使用芳纶1313并通过涂覆氧化石墨烯制备抗污染纳滤膜。所制备的纳滤膜的表面亲水性得到提升并提高了耐污染性。但时，采用芳纶1313制备耐溶剂纳滤膜的方法却尚未见诸于专利。

发明内容

本发明提出了一种含β-环糊精包覆的沸石咪唑酯框架-8(β-CD@ZIF-8)纳米颗粒双层聚酰胺耐溶剂纳滤膜及其制备方法，通过在制备纳米ZIF-8颗粒的有机配体2-甲基咪唑(HmIM)有机配体溶液中引入不同摩尔比的β-CD，从而制备β-CD@ZIF-8纳米颗粒，如下列步骤(2)所述，解决了ZIF-8在单体溶液中分散性差的问题。该方法所制备的膜，耐溶剂性能出色，对不同溶剂分子均有出色的透过性并对溶质具有良好的选择性，在处理溶剂过程中具有实用价值。

本发明的技术方案是预处理聚酰亚胺纳米纤维为支撑层；制备β-CD@ZIF-8纳米颗粒；配制聚合物旋涂液；旋涂成膜；含纳米颗粒致密层制备，最终得到所述芳纶1313耐溶剂纳滤膜，其具体步骤为：