[发明专利]一种NH2-MIL-125/POD-COOH超薄均相杂化正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种NH2‑MIL‑125/POD‑COOH超薄均相杂化正渗透膜的制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明首先制备了MOFs材料(NH₂‑MIL‑125)、聚恶二唑(POD)材料和含羧基聚恶二唑(POD‑COOH)材料，进一步通过分子设计将NH₂‑MIL‑125材料通过化学键作用引入含羧基聚恶二唑材料的分子结构中，成功制备了系列NH₂‑MIL‑125/POD‑COOH杂化正渗透膜材料，如图1所示，进而利用上述材料通过溶液浇铸法制备超薄均质杂化正渗透膜。最终提供了一种NH2‑MIL‑125/POD‑COOH杂化正渗透膜的制备方法。由于该类正渗透膜中不存在支撑层，因而可以消除正渗透分离操作过程中的内浓差极化现象，大幅提升正渗透水处理效率。此外，对水和盐具有高效筛分效能的多孔亲水性MOFs材料的引入增强了杂化膜在正渗透分离操作过程中的水渗透性能和脱盐性能。综上所述，该类材料在海水淡化、苦咸水处理等领域将具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种NH₂-MIL-125/POD-COOH超薄均相杂化正渗透膜及其制备方法。

背景技术

近年来，水安全问题以及低能量水处理技术的发展受到了人们的高度关注。在众多水处理技术中，膜法被认为是非常有前景的一类水处理技术。正渗透(Forward Osmosis，FO)膜分离技术是一种新兴的膜法水处理技术，该技术以膜两侧溶液渗透压差为驱动力进行水分离操作，具有高水回收率、低污染倾向、低能量需求和操作简便等优点，在食品浓缩、药物释放、海水淡化等领域显示了较好的发展前景。目前商业化正渗透膜一般为非对称膜，即表面由活性层和底部支撑层组成。在正渗透膜分离过程中，底部支撑层内的浓差极化现象成为当前限制正渗透技术广泛使用的主要因素，其造成正渗透膜水通量显著降低，产水效率下降。上述问题的缓解办法包括在制备正渗透膜的过程中降低支撑层厚度、减小支撑层中孔的曲折程度、增加支撑层的孔隙率，从而减少正渗透过程中支撑层的内浓差极化现象。但是具有上述特征的正渗透膜往往机械强度较差，使用过程中易于遭到破坏，且并未从根本上消除支撑层的内浓差极化现象。为了彻底消除支撑层内浓差极化对正渗透分离过程的不利影响，选用高强度聚合物材料制备无支撑层的超薄均相正渗透膜值得关注。此外，为了进一步提高正渗透膜的水通量，提高其水处理效率，可以通过向高强度聚合物材料化学结构中引入多孔亲水填料(如：金属有机框架MOFs材料)的方式制备杂化正渗透膜，从而开发新型高性能正渗透膜，促使正渗透分离技术的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型超薄均相杂化正渗透膜的制备方法。首先，合成高强度聚合物基体材料，并通过对其分子结构进行修饰引入活性反应基团，进而通过侧链接枝反应利用强化学键作用向上述聚合物分子结构中引入金属有机框架材料(MOFs)，从而设计合成杂化正渗透膜材料。最终利用上述杂化材料，通过溶液浇铸法的方法制备系列新型超薄均相杂化正渗透膜。该均相正渗透膜结构中不存在支撑层，从而避免了支撑层内浓差极化现象对正渗透分离操作的不利影响。此外，还能够利用MOFs分子孔道的高透水性以及对水和盐的高效筛分能力，在水处理过程中赋予杂化膜优异的水渗透性能和盐截留性能。

本发明提供一种NH₂-MIL-125/POD-COOH超薄均质杂化正渗透膜的制备方法，具体包括：

步骤一：将钛酸丁酯和2-氨基-对苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇的混合溶液中，室温下搅拌3～5小时后转移至40毫升聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，置于140～150℃程序升温箱中24～48小时。自然冷却至室温后，洗涤后干燥，得到MOFs材料NH₂-MIL-125；