[发明专利]一种共价有机骨架IISERP-COOH-COF1膜及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种共价有机框架IISERP‑COOH‑COF1膜的制备方法和应用，所述制备方法包括：1）采用3‑氨丙基三乙氧基硅烷即APTES对三氧化二铝陶瓷管基体进行功能化修饰；2）在APTES修饰的陶瓷管表面生长IISERP‑COF1晶种层；3）采用常规加热进行二次合成，制备得到均匀致密的IISERP‑COF1膜；4）采用丁二酸酐对IISERP‑COF1膜功能化后修饰，制备得到IISERP‑COOH‑COF1膜，将所制得的膜应用于多种离子纳滤脱盐实验。本发明的优点在于采用了一种简单高效的功能化后修饰的方法，制备了纳滤性能优异的共价有机框架膜。采用本方法制备的膜用于离子脱盐实验，在室温和2bar操作压力下，Na₂SO₄离子截留率高达96.27%，水通量高达0.55 L·m^‑2·h^‑1·bar^‑1；可在海水淡化中应用。

技术领域

本发明涉及共价有机框架膜的合成，特别是提供一种具有优异纳滤性能的共价有机框架IISERP-COOH-COF1膜及制备方法和应用。

背景技术

水是生命之源，是万物生长的基本条件。伴随着人口数量的剧烈增长，工业、农业等基础产业的迅猛发展，及环境污染问题的日益加剧，水资源极度紧缺已成为一个世界性的问题。作为全球最缺水的国家之一，我国的人均水资源占有量只有2200m³，仅为世界平均水平的四分之一。随着我国经济的快速发展、人口的迅速增长、城市化进程的不断加快，各种形式的水污染，如酸化、水体富营养化、油污污染、重金属污染等等也日益加剧。这些水污染现象导致淡水供需矛盾显得更加突出。淡水资源的不断枯竭，已对生态环境和人类健康构成了重大威胁，并且严重阻碍了经济和社会的可持续发展。

我国目前广泛使用的海水淡化方法有：多级闪蒸技术、反渗透(RO)技术、低温多效蒸馏技术、太阳能法、电渗析以及低压汽蒸馏等。其中，蒸馏和反渗透是目前主要的海水淡化技术。纳滤膜是在反渗透膜基础上发展起来的一种新型分离膜，其分离性能和操作压力介于反渗透膜和超滤膜之间，因此也被称作疏松反渗透膜、低压反渗透膜或致密超滤膜等。纳滤膜具有对二价盐或高价盐脱除效率高于90％、对分子量介于100-1000的有机小分子脱除率较高、操作压力低至0.4MPa-1.0MPa等优点，因而得到广泛的应用。目前纳滤膜材料主要为有机高分子膜(聚酯膜和聚酰胺膜)，但有机膜的热稳定性、化学稳定性和抗污染能力较差，因而其使用寿命短、需要频繁清洗和更换，并且有机膜通常不能用于含有机溶剂或较高温度的海水处理，这也增加了纳滤法制水的成本。因此，开发一种具有高稳定、高通量和高选择性的新型海水淡化膜材料仍然是一个挑战。

近年来共价有机框架材料引起研究者广泛的兴趣，共价有机框架(covalentorganic framework，COF)是一类主要由C、H、N、B、O等轻原子构成、以共价键连接的一类新型多孔晶态材料。COF具有孔道结构高度有序、孔径可调、比表面积较大、合成方法多样和易于功能化修饰等特点，在非均相催化、气体吸附与分离以及光电材料等领域具有广阔的应用前景。COF材料作为一种纯有机的晶态多孔材料，具有很多优点。与无定型材料相比，COF材料具有确切的结构和规则的孔道，因而研究者们开始研究共价有机框架材料及其在膜分离领域的设计、制备和应用。目前共价有机框架膜在纳滤分离的应用局限于污水中染料分子的分离，由于大多数共价有机框材料的孔径比大多数水合离子半径大很多，所制备的共价有机框架膜对污水中离子截留率不高。因此，本领域急需开发一种制备方法简单可控、具有高稳定性和高分离性能的海水淡化共价有机框架膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于纳滤分离的具有优异脱盐性能的共价有机框架IISERP-COOH-COF1膜及制备方法，以便克服现有共价有机框架膜纳滤分离技术存在的离子截留率低，难以规模化应用的难题。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种共价有机骨架IISERP-COOH-COF1膜的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：基体表面修饰