[发明专利]一种掺杂CAU-1微粒的TFN膜及其制备方法

说明书

一种掺杂CAU‑1微粒的薄膜纳米复合物（TFN）膜，是将CAU‑1微粒加入到有机相溶液中，通过界面聚合的方法制备TFN膜。CAU‑1由变形的八面体和四面体构成，立方结构，具有良好的水稳定性和高孔隙率，可以作为优良的改性粒子添加到薄膜复合材料（TFC）膜中。通过掺杂CAU‑1微粒之后的TFN膜具有更加突出的分离性能以及渗透性能。所制备的TFN膜在盐水分离方面具有很大的潜力。

技术领域

本发明涉及膜制备技术领域，具体涉及一种掺杂CAU-1微粒的TFN膜及其制备方法。

背景技术

由于人口的快速增长和水体污染日趋严重，水资源短缺已成为世界上亟待解决的问题。膜分离技术因其能耗低、操作条件温和等突出优点被广泛的应用于水处理领域。其中TFC膜在工业脱盐膜中占主导地位，TFC膜通常由支撑层和选择层构成，其中，超薄选择层起主要分离作用。通常，聚酰胺（PA）选择层是以胺类单体和酰氯在水-油界面发生原位界面聚合制备的。因此，调节和控制PA层的分子和结构特性对于改善TFC膜的性能非常重要。

就渗透性和选择性而言，“trade-off”效应是TFC膜普遍存在的问题。对此，研究人员就如何提高TFC膜的渗透率而不损失溶质选择性进行了大量研究。实现高渗透率的一个策略是制作超薄的分离层，以降低水传输阻力。另一种可行的策略是通过在PA层中加入亲水纳米材料来改变分离层的内在特性，这种策略的主要原理是降低水穿过分离层的阻力，从而提高渗透率。然而，在基于PA的分离层中很难实现水传输性能的显著改变，因为水分子的传输受到高度交联的聚合物链的严重限制。最近，制备具有褶皱表面的PA分离层成为了研究热点，这种网状“图灵”结构的产生极大地增加了分离层的有效渗透面积，使通量大幅度上升。

金属有机框架材料（MOF）是一种新型的有机-无机杂化材料，具有拓扑结构，孔尺寸和表面性质的高度可调，与聚合物基质有更好的相容性，这些特点使得MOF成为制备分离膜的理想材料。将MOF分散在油相中制备复合膜较分散在水相中可以更好地优化膜性能，这是因为MOF在有机相中可以显著影响界面聚合过程，大大降低膜的孔径，提高膜的透水性。

纳米材料的孔隙率、尺寸、表面化学成分和组成都会影响纳米复合膜的性能。仅从纳米微粒尺寸的角度考虑，通常认为粒径较小的纳米材料有利于在聚合物基质中分散，产生较大的渗透通量。CAU-1(Al₄(OH)₂(OCH₃)₄(H₂N-BDC)₃·xH₂O）是由变形的八面体和四面体组成的立方结构的MOF材料，有效孔直径为1nm和0.45nm，具有良好的水稳定性和高孔隙率，可以作为优良的改性粒子添加到TFC膜中。

对此，合成了不同粒径的CAU-1纳米微粒，并将其分散在TMC/正己烷有机相中，通过界面聚合的方法制备TFN膜。一方面，通过改变溶剂的占比，合成不同粒径的CAU-1微粒，将其作为纳米改性材料加入PA层中，改善了分离膜的亲水性。另一方面， CAU-1颗粒自身电荷性质提高了分离膜的纯水通量。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种掺杂CAU-1微粒的TFN膜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种掺杂CAU-1微粒的TFN膜的制备方法，首先合成了不同粒径的CAU-1纳米微粒，并将其分散在TMC/正己烷有机相中，通过界面聚合的方法制备TFN膜。

一种掺杂CAU-1微粒的TFN膜的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)合成不同粒径的CAU-1微粒