[发明专利]二氧化钛中间层修饰陶瓷基TFN正渗透膜的方法及其应用

说明书

二氧化钛中间层修饰陶瓷基TFN正渗透膜的方法及其应用，其属于环境膜分离技术领域。引入纳米复合二氧化钛中间层，改善了支撑层的表面性质，为界面聚合提供良好的生长条件，同时引入新型多孔纳米材料MOF‑801，生长出更为致密的聚酰胺层，多孔的MOF‑801材料为水和溶剂分子的转输提供了额外的低阻力转输通道，提高了水通量和有机溶剂通量，同时聚酰胺膜和MOF‑801适当的孔径都有效地阻挡盐离子的通过，从而降低了反向盐通量，可以有效解决膜渗透性与选择性权衡问题，为活性层的结构设计提供了新思路和新方法。

技术领域

本发明涉及陶瓷基TFN正渗透膜制备技术，提出二氧化钛中间层修饰陶瓷基底，同时引入新型材料MOF-801制备无缺陷陶瓷基TFN正渗透膜的方法，属于环境膜分离技术领域。

背景技术

膜分离技术因具有低能耗、高效率、环境友好等优势而受到极为广泛的关注，在解决环境和能源问题方面具有重要的应用前景。而正渗透技术因其具有低成本、低污染和高水回收率等优势受到了广泛关注。

作为正渗透技术（FO）的核心正渗透膜，而正渗透膜作为正渗透技术的核心，目前主要以TFC膜（薄膜复合膜）为主，膜渗透性与选择性权衡和载体的长期稳定性问题也是目前正渗透技术面临的一些挑战。目前文献报道的正渗透膜以有机载体为主，与有机载体相比，无机载体具有机械强度高，热稳定性和化学稳定性强等优点，但传统陶瓷载体费用较高。通过采用工业固体废弃物粉煤灰和低成本铝土矿为原料制备的莫来石陶瓷支撑体，不仅降低了陶瓷支撑体的成本，而且增加了工业固体废弃物的再利用价值，降低了工业固体废弃物的环境危害。

直接在有机载体制备聚酰胺膜非常容易，这是因为有机载体表面孔径较小且粗糙度较低；而莫来石陶瓷载体表面孔径较大和粗糙度较大，这使得聚酰胺层生长在孔内，且生长的聚酰胺层有缺陷，增大了有效膜厚度，进而增加了水传输时遇到的阻力，导致水通量较小，反向盐通量较大。这不利于正渗透的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化钛中间层修饰陶瓷基底，制备无缺陷陶瓷基TFN正渗透膜的方法及其应用。通过引入二氧化钛中间层和新型材料MOF-801，陶瓷载体上生长致密的TFN正渗透膜，所制备的膜在海水淡化、食品加工领域，有机溶剂回收方面具有较大的前景。

本发明的技术方案：

二氧化钛中间层修饰陶瓷基底，引入新型材料MOF-801制备无缺陷陶瓷基TFN正渗透膜的方法，步骤如下：

（1）莫来石陶瓷载体的制备

以工业固废粉煤灰和铝矾土为原料，通过湿法纺丝-相转化法制备莫来石生坯，再经过高温煅烧得到莫来石陶瓷载体。

（2）二氧化钛中间层的制备

（2.1）将孔径为600-800 nm的莫来石陶瓷载体，放入乙醇溶液中洗涤30-60min，然后用去离子水冲洗干净放入烘箱中干燥。

（2.2）在陶瓷中空纤维基底上制备无机过渡层：首先配制浓度为10% ~ 20wt%的二氧化钛悬浮液，利用浸渍提拉工艺在陶瓷中空纤维基底外表面均匀涂覆；在上述过程中，控制浸渍时间为5~10 s，控制提拉速度为0.5~1.5 cm/s，获得浸渍成功的载体，之后将载体放置于恒温湿度干燥箱内干燥12 h以上，并于烧结气氛为空气的高温炉中在500 ~ 900°C的温度下焙烧10 ~12 h，在陶瓷中空纤维基底上制备得到厚度为3.0 ~ 5.0 µm的二氧化钛过渡层。

（3）MOF-801粉体的合成