[发明专利]一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法，该反渗透膜由支撑层、聚酰胺层和氨基功能化ZIFs纳米材料构成；其制备过程为：将合成的氨基功能化ZIFs纳米材料加入油相中，用界面聚合方法形成添加氨基功能化ZIFs纳米材料的聚酰胺超薄皮层；本发明由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜，在保证其截盐率在96％下，反渗透膜水通量平均高达1.2Lm^‑2h^‑1bar^‑1，所制备的反渗透膜比添加普通的ZIFs纳米材料所制备的反渗透膜具有更高的通量和截留率，且制备方法简单可行、易于操作，可适用于水软化、污水处理、海水淡化及化工物料分离等领域，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及反渗透膜技术领域，具体涉及一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法。

背景技术

人口的持续增加和水资源短缺等问题使全球可持续发展面临巨大挑战。膜分离技术具有节能、环保、高效的优势，已成为水处理领域的主流工艺。反渗透(Reverse osmosis，简称RO)反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。在海水淡化、软化水和工业废水处理领域得到了广泛应用。

聚酰胺是一类常用来制备复合膜皮层的高分子材料，其具有良好的稳定性、亲水性，可耐高温、强碱和有机溶剂。目前商品化的纳滤和反渗透膜多选用芳香族聚酰胺，此类膜已在全球取得了广泛工业应用，包括水处理、溶液脱色、药物浓缩纯化和生化物质浓缩等。芳香族聚酰胺具备高交联度和较低自由体积其制备反渗透膜表现出良好的选择性，但水通量较低。现已发现向聚酰胺材料中添加多孔无机材料制备新型有机无机膜可成为提高渗透性的有效手段，已有报道的多孔无机材料有二氧化硅、分子筛、碳纳米管和石墨烯、金属-有机骨架材料等。

金属-有机骨架材料是近年来新发现的一类多孔材料，具有纳米尺寸的孔道或孔穴，且孔道类型复杂多样其孔隙率高、比表面积大、密度小、化学稳定性好，且孔结构可控。具备纳米级孔道的金属-有机骨架材料表现出优异的气液吸附选择性，使其发展为性能优异的气体分离膜或渗透汽化膜材料。此外，金属-有机骨架材料可提高反渗透膜分离有机混合物的渗透通量和耐溶剂性。

如何解决反渗透膜通量与截留效率之间相互限制(Trade-Off)效应，是近年来膜科技工作者一直在思索和研究的难题。就现有报道来看，添加金属-有机骨架材料改性膜材料仍存在膜易产生缺陷等问题。本发明通过在界面聚合过程中直接添加氨基功能化ZIFs纳米材料，可有效调控相界面相互作用力，实现了在PA活性层中掺杂氨基功能化ZIFs纳米材料，避免界面空隙，精准构建快速传输选择性“微观通道”，在不影响分离性能的前提下，水通量可提升至2～3倍。

发明内容

为了克服现有反渗透膜的不足之处，本发明提供了一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法。

本发明的反渗透膜由超滤膜支撑层、聚酰胺层和分布在聚酰胺层内的氨基功能化ZIFs纳米材料构成。其制备过程为：将氨基功能化ZIFs纳米材料加入油相中，用界面聚合方法形成添加氨基功能化ZIFs纳米材料的聚酰胺超薄皮层。

本发明制备的反渗透膜具有高通量、高截留性能，制备方法简单可行、成本低，可适用于水软化、污水处理、海水淡化及化工物料分离等领域，具有良好的工业化应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜，包括：超滤膜支撑层、聚酰胺层、分布在聚酰胺层内的氨基功能化ZIFs纳米材料；

所述超滤膜支撑层可由聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚芳砜、聚丙烯晴、聚偏氟乙烯中的一种或者多种制备而成；