[发明专利]一种自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜及其无模板制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜及其无模板制备方法和应用，属于材料技术领域，将杯[4]吡咯作为成膜核心单元，在气液界面通过组装加反应的方式制备出了纳米薄膜材料，通过改变溶液前驱体的浓度可大范围的调控材料的厚度，同时我们通过改变构筑砌块，可以对薄膜的亲疏水性，水通量及分离选择性进行调控。本发明制备方法操作简便、反应条件温和，所制备的薄膜材料热力学稳定性好，力学强度高，具有较好的水通量及高的分离选择性，且长期使用不影响其分离性能和通量，因此可以将该薄膜材料用于水净化及药物浓缩领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜及其无模板制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术具有筛分精确、能耗低、操作成本低、易于规模化等优点，是一种令人鼓舞的提纯浓缩方法。事实上，膜分离已广泛用于海水淡化、废水处理、制药工业等。在过去的几十年里，纳米膜受到了越来越多的关注，因为基于纳米膜的分离能够在效率和选择性之间取得更好的平衡。合成新型、高性能纳米膜的方法如界面聚合、表面限域合成、Langmuir-Blodgett制膜法和表面活性剂-单分子层辅助界面合成法已被开发用来合成高性能纳米膜材料。然而，由于缺陷的消除不够充分，大面积(50cm²)制备无缺陷的纳米膜(200nm)仍然是纳米薄膜制备领域一个重大挑战。因而研发易于制备可规模化生产的无缺陷纳米薄膜在实际应用中显得格外重要。

大环化合物，如环糊精、葫芦脲、杯芳烃和杯吡咯已被广泛用应用于构建各种功能材料，例如超分子凝、金属-有机配位网络(MOCNs)、金属-有机骨架(MOFs)和多孔有机纳米薄片。大环化合物因其易于调控的主客体相互作用和大环的固有结构能够使材料获得显著的特性，如粘附性、自愈性和选择性吸附。基于这些优点，以大环化合物作为构建模块可能为下一代纳米膜材料性能上的突破打下坚实基础。事实上，环糊精已被用于提高膜通量和溶剂的选择性。在现有的大环化合物中，杯[4]吡咯具有独特的分子识别、分子包封、分子运输和分子储存等方面的优势，但目前为止该大环化合物还未被应用于纳米薄膜材料的制备中，因此，以杯[4]吡咯作为构筑核心单元，制备具有大面积、无缺陷、性能可调节的纳米分离膜材料是该领域急需解决的一大挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜及其无模板制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜的无模板制备方法，包括以下步骤：

1)制备前躯体溶液

在室温下，将四酰肼基团功能化的杯[4]吡咯单体与芳香醛化合物按照1:1的摩尔比混合均匀，加入溶剂DMSO，加热至固体相完全溶解后，将溶液静止至室温，制得前躯体溶液，备用；

2)基于动态共价键的纳米薄膜

将步骤1)制得的前驱体溶液，滴加在亲水处理后的玻璃基板上，使前驱体溶液具有表面张力，然后在温度为30℃、湿度大于65％的诱导条件下，进行席夫碱缩合反应1～2h，在气液界面形成纳米薄膜，经洗涤处理制得自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜。

优选地，所述芳香醛化合物采用均苯三甲醛、三(4-甲酰基苯基)胺或三(4-甲酰基苯基)苯。

本发明还公开了采用上述的无模板制备方法制得的自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜。

本发明公开了上述的自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜在制备纳米分离膜材料中的应用。

本发明还公开了采用上述的自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜制备纳米复合薄膜的方法，将所述的自支撑杯[4]吡咯纳米薄膜漂浮于水面，采用PET核孔膜在水中进行捞取，然后晾干处理，制得自支撑杯[4]吡咯纳米复合薄膜。

本发明还公开了采用上述的方法制得的自支撑杯[4]吡咯纳米复合薄膜。