[发明专利]一种负载羟基化富勒烯纳米颗粒纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载羟基化富勒烯纳米颗粒的纳滤膜及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：预处理聚醚砜为支撑层；制备羟基化富勒烯纳米颗粒；含纳米颗粒致密层制备，最终得到所述负载羟基化富勒烯纳米颗粒的纳滤膜。本发明的优点在于：由界面聚合所得的纳滤膜，稳定性良好，羟基化富勒烯纳米颗粒的加入使得膜的纯水通量和抗污染性能得到了很大的提升，并具有很好的选择分离性能，在Mg²⁺/Li⁺分离应用中表现出了潜在的实用价值。

技术领域

本发明涉及高选择分离纳滤膜的合成，具体涉及一种负载羟基化富勒烯纳米颗粒纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤膜作为一种“绿色技术”被广泛的应用于海水淡化、废水处理、药物生产过程、食品加工以及石油化工等领域。制备纳滤膜的方法有很多，比如界面聚合法、层层自组装法、涂覆法、交联法等，其中界面聚合法所制得的纳滤膜稳定性良好而被广泛应用。但是通量低、抗污染性能差及其选择分离性不高等问题成了新的挑战，因此，目前研发的新型纳滤膜都会以提高通量、抗污染性及选择分离性为目标。

碳纳米材料，如碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)、NPG等。由于其良好的分离性能、抗污性能和化学稳定性，在纳滤膜中得到了广泛的应用。它们通常通过界面聚合与支撑膜结合形成薄膜纳米复合纳滤膜，从而提高原本纳滤膜的性能。Xie等(Polymers,10(2018),1253-1270)采用超支化聚合物功能化氧化石墨烯，通过界面聚合制备了高性能复合纳滤膜，该膜的通量得到了很大的提升，同时拥有很好的截盐性能。Xue等(ACSAppl.Mater.Interfaces,8(2016),19135)通过在界面聚合的水相溶液中添加3种不同功能化的碳纳米管(MWCNT-OH、MWCNT-COOH、MWCNT-NH)制得纳滤膜，其通量均上升，且有良好的稳定性。Zhang等分别改性了羟基化碳纳米管(Desalination,420(2017),158-166)和羧基化碳纳米管(RSCAdv.,8(2018),29455-29463)，经界面聚合将其负载于聚酰胺层中，结果显示复合纳滤膜展现出来很好分离性能，且纯水通量都有很大的提升。

富勒烯(C₆₀)，碳材料之一，由于其具有低生物毒性、优异的自由基清除能力、优异的热性能和抗污性能等优点，在许多领域得到了广泛的应用。然而，由于富勒烯在水和大多数溶剂中不溶解性，很难直接应用于纳滤膜中。羟基化富勒烯(PHF,C₆₀(OH)_n)由于在富勒烯表面接枝了多个羟基，使得亲水性良好，能在膜中得到潜在的应用。本发明提出以掺杂羟基化富勒烯，通过界面聚合的方式得到一种新型复合纳滤膜。

Penkova等(J.Memb.Sci.,491(2015),22)用羟基化富勒烯制备了高性能渗透汽化膜；Pliskoa等(J.Memb.Sci.,551(2018),20)制备了高性能掺杂羟基化富勒烯复合纳滤膜。所制备的纳滤膜提高了耐污染性。Perera等(J.Polym.Res.,25(2018),199)制备了高性能掺杂羟基化富勒烯正渗透膜，所制备的膜表面亲水性得到提升并提高了渗透通量。中国专利“一种反渗透膜及其制备方法”(授权号CN 107138060B)掺杂富勒烯衍生物PCBM，通过界面聚合法制备反渗透膜，并选择性去除，获得了具有独特纳米球状孔的膜层，以用于水处理。但是，负载羟基化富勒烯纳滤膜的制备方法却尚未见诸于专利。

发明内容

本发明提出了一种负载羟基化富勒烯纳米颗粒纳滤膜及其制备方法，通过在富勒烯纳米颗粒表面接枝羟基，如下列步骤(2)所述，解决了富勒烯在单体溶液中溶解性和分散性差的问题。该方法所制备的膜，纯水通量和抗污染性能都得到了很大的提升，并具有很好的选择分离性能，在Mg²⁺/Li⁺分离应用中表现出了潜在的应用价值。

本发明的技术方案是预处理聚醚砜为支撑层；制备羟基化富勒烯纳米颗粒；含纳米颗粒致密层制备，最终得到所述负载多羟基化富勒烯纳米颗粒的纳滤膜，其具体步骤为：