[发明专利]一种以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于渗透膜材料技术领域，具体公开了一种以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜及其制备方法与应用。所述方法具体为将具有氧化石墨烯中间层的电纺丝纳米纤维支撑层浸入氯化钙溶液中，随后在水中润洗；再浸入碳酸钠溶液中，随后在水中润洗，再通过间苯二胺和均苯三甲酰氯的界面聚合反应在负载碳酸钙的氧化石墨烯纳米中间层的电纺丝膜基底的表面制备聚酰胺选择分离层，干燥后得到正渗透膜。本发明通过在电纺丝纳米纤维支撑层及其表面氧化石墨烯中间薄层负载碳酸钙颗粒，借助界面聚合过程中产生的H⁺离子，原位生成二氧化碳纳米气泡，对聚酰胺分离层结构和性能进行调控，制备高渗透通量和高截留率的正渗透膜材料。

技术领域

本发明属于渗透膜材料技术领域，特别涉及一种以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜及其制备方法与应用。

背景技术

在应用过程中，正渗透膜两侧实际渗透压差要比理想情况下低的多，这主要是由内浓差极化(Internal concentration polarization,ICP)现象造成的，直接导致正渗透渗透通量严重衰减。为有效降低内浓差极化并获得高渗透通量，正渗透膜支撑层应具有高孔隙率、低曲折度孔结构以及低厚度的结构特征。通过优化制备条件，电纺丝技术可制备出有效满足上述结构特征要求的电纺丝纳米纤维支撑层。研究表明电纺丝纳米纤维复合正渗透膜所具有的渗透系数可高于相转化法所制备的正渗透膜与商用膜材料的0.4～3.5倍。然而，直接应用电纺丝纳米纤维膜作为正渗透膜支撑层，其表面开放性大孔结构会显著影响聚酰胺分离层结构和性能，在界面聚合过程中孔内形成交联度较低、较厚的聚酰胺层，影响正渗透膜的渗透性能和截留率。已有研究学者利用相转化法在电纺丝纳米纤维膜表面制备多孔聚偏氟乙烯中间薄层，光滑平整的中间层有助于提高聚酰胺分离层稳定性，同时也发现复合正渗透膜水通量与中间层孔隙率呈正相关。中间薄层的构建能降低电纺丝纳米纤维支撑层对聚酰胺分离层的不利影响，但聚酰胺层的调控作用有限。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜。

本发明再一目的在于提供所述以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜在海水淡化、饮用水处理和废水回用领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种以电纺丝纳米纤维膜为支撑层的复合正渗透膜的制备方法，将具有氧化石墨烯中间层的电纺丝纳米纤维支撑层浸入氯化钙溶液中，随后在水中润洗；再浸入碳酸钠溶液中，随后在水中润洗，再通过间苯二胺和均苯三甲酰氯的界面聚合反应在负载碳酸钙的氧化石墨烯纳米中间层的电纺丝膜基底的表面制备聚酰胺选择分离层，干燥后得到正渗透膜。

所述具有氧化石墨烯中间层的电纺丝纳米纤维支撑层优选为通过真空抽滤法将氧化石墨烯纳米片负载在电纺丝纳米纤维基底上制得。

优选的，所述电纺丝纳米纤维基底的制备方法为：将聚丙烯腈粉末溶解在二甲基甲酰胺中，混合均匀得到均一的静电纺丝铸膜液；然后进行静电纺丝，得到电纺丝纳米纤维膜基底。

更优选的，完成电纺丝程序后，将所获得的电纺丝纳米纤维膜基底放在烘箱中干燥，以去除残留溶剂，并进一步热压处理以提高膜的机械强度。

所述氯化钙的浓度为0.01mmol～0.4mmol，优选为0.05mmol～0.2mmol。

所述具有氧化石墨烯中间层的电纺丝纳米纤维支撑层在氯化钙溶液中的浸入时间为0.5～2min，优选为1min；

所述碳酸钠溶液的浓度为0.01mmol～0.4mmol，优选为0.05mmol～0.2mmol。

所述具有氧化石墨烯中间层的电纺丝纳米纤维支撑层在碳酸钠溶液中的浸入时间为0.5～2min，优选为1min。