[发明专利]相转化同步原位生长MOF混合基质膜的制备方法

说明书

一种相转化同步原位生长MOF混合基质膜的制备方法：将支撑层浸泡在无机盐的水溶液中，然后取出烘干，备用；将PVP、有机配体加入溶剂中分散均匀，然后在所得分散液中添加高聚物，得到铸膜液；将铸膜液涂布在准备好的支撑层上，之后通过纯水进行相转化，得到目标MOF混合基质膜；本发明制备的MOF混合基质膜具有高渗透性和高选择性以及MOF的高均匀性，主要应用于有机染料回收，水处理技术，气体分离，化工环保领域。

技术领域

本发明涉及分离膜的制备方法，具体涉及一种相转化同步原位生长MOF混合基质膜的制备方法。

背景技术

传统的超滤膜通量大但不适用于截留染料，而一般用于截留染料盐等溶液的纳滤膜通量又远远小于超滤膜。金属有机骨架材料作为一种新型多孔晶体材料，在分子混合物的高效膜分离中显示出巨大的潜力，具有高渗透性和高选择性。与无定形多孔材料相比，金属有机骨架的优势在于其明确的孔径、可控的化学功能和多种多样的结构。因此，在过去的15年中，金属有机骨架材料受到了越来越多的关注，已经成功地制备了大量的一维、二维和三维纳米多孔膜材料，并将其应用于许多领域。膜分离技术，由于其连续操作、低能耗和成本效益而获得了越来越多的认可。多孔有机聚合物通常使用多孔无机材料作为复合添加剂。

尽管有这些优点，但无机添加剂与MOF材料层和聚合物载体之间的弱粘附通常会导致裂缝，从而降低膜的性能。由于难以控制基底表面无机添加剂的成核过程，通常必须使用厚的多孔膜来获得连续的多孔膜层。通过共混合原位生长的方法，可以在不同应用的基底上制备混合基质分离膜。然而，无机纳米粒子的自聚及分散不均匀仍然是一个重大挑战。因此，我们考虑了一种新的策略，在铸膜液中加入合成某种MOF所需的配体，再将铸膜液涂布在含有主体盐的无纺布上，通过在水中同步相转化原位生长的方式来合成PVP/MOF基混合基质膜的方法，以避免无机纳米粒子的自聚及分散不均匀。

就目前而言，MOF基混合基质膜大多采用两种方法：1、直接在铸膜液中添加事先合成好的MOF纳米粒子，再相转化成膜；2、在铸膜液中原位生长MOF颗粒，再相转化成膜。这种膜存在以下缺点：第一、对于两种方法MOF在膜中都不能很好的均匀分散，造成了膜的性能的不稳定；第二、MOF颗粒容易团聚；第三、尤其是第一种方法，由于MOF颗粒不易溶于铸膜液，导致MOF颗粒和膜结合并不牢固。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新型的相转化同步原位生长MOF混合基质膜的制备方法。本发明制备的混合基质膜包括：PVP、MOF粒子、高聚物构成的混合基质层和无纺布支撑层。该膜具有MOF分散性高和界面相容性好的特性，可以应用于染料截留、水处理技术等化工领域。

本发明的技术方案如下：

一种相转化同步原位生长MOF混合基质膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将支撑层浸泡在无机盐的水溶液中，然后取出烘干，备用；

所述支撑层选自PP(聚丙烯)无纺布或PET(涤纶树脂)无纺布；

所述无机盐的水溶液的浓度为0.005～0.2mol/L；所述无机盐选自六水合硝酸锌、四水合硝酸锌、醋酸锌、氯化锌中的一种或多种；

所述支撑层在无机盐的水溶液中的浸泡时间为1～60min；

所述烘干的温度为30～80℃，时间为30～120min；

(2)将PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、有机配体加入溶剂中分散均匀，然后在所得分散液中添加高聚物，得到铸膜液；

所述铸膜液中PVP、有机配体、高聚物的质量比为1：0.25～6：3～18；

所述有机配体选自苯并咪唑、二甲基咪唑、咪唑-2-甲醛中的一种或多种；

所述高聚物选自聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种；