[发明专利]基于聚烯烃复合聚酰胺膜原位生长ZIF制备纳滤膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于聚烯烃复合聚酰胺膜原位生长ZIF制备纳滤膜的方法，用单层聚烯烃多孔膜代替传统聚酯无纺布、聚砜超滤层两层结构作为支撑层，能够大幅度降低膜的厚度和制备成本，并且采用反相界面聚合原位生长ZIF纳米粒子，来提升界面聚合过程中聚酰胺分离层的性能，ZIF纳米粒子能够提供特殊的水通道，在不损失截盐率的情况下提高纳滤膜的水通量；本发明制备的纳滤膜具有较高的水通量以及良好的截盐率，主要应用于水处理、海水淡化、污水处理、染料提纯等领域。

技术领域

本发明涉及纳滤膜领域，具体涉及到一种基于聚烯烃复合聚酰胺膜原位生长ZIF制备纳滤膜的方法。

背景技术

纳滤膜在80年代以后得到了快速发展，传统的纳滤膜大多是采用超滤膜为支撑层。这种超滤膜往往是由两层构成：一层是聚酯无纺布；一层是聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯超滤层。然后在这种超滤膜上进行界面聚合附着一层聚酰胺分离层。传统的纳滤膜制备存在着许多问题，例如成本、工艺、质量等。聚酯无纺布以及涂覆在其上的超滤层占据了纳滤膜的60％-70％的成本，然而我国聚酯无纺布目前国内不能够生产出合格的产品，所以我国的无纺布严重依赖于国外进口，聚砜等超滤层也依赖于国外进口。在制备工艺上超滤膜两层制备相较为复杂，需要消耗大量有机溶剂，对环境不利。质量上，聚酰胺层结合不牢固，机械性较差，聚酰胺层易脱落。所以当前我国必须开辟新的途径寻找新的材料来降低我国纳滤膜的生产成本，提高经济效益。

聚烯烃以其廉价的特点被广泛应用于锂电池隔膜。厚度在5-50μm，平均孔径在10-70nm。用一层聚烯烃多孔膜代替传统的两层超滤膜，不仅可以大大降低生产成本，而且还有利于连续化生产。为了打破纳滤膜固有的水通量和截盐率之间的trade-off现象，在聚酰胺层附着一些ZIF纳米粒子，通过ZIF纳米粒子来提供特殊固定水通道，在不损失盐截留率的同时，来提升纳滤膜的水通量。但是ZIF和聚酰胺层之间的结合力是解决该问题的难点所在。传统方法是预先合成出相应的纳米粒子，在界面聚合过程中，将纳米粒子分散到水相中或有机相中。这样掺杂的纳米粒子与聚酰胺层结合不牢固，极易脱落，同时ZIF纳米粒子还会出现大量的团聚现象，导致纳滤膜的截盐率下降。

本发明采用的是通过反相界面聚合，水相二胺单体在膜的表面层，金属离子能够在聚酰胺层缺陷处与二胺单体中的氨基配位络合，金属离子能够很好的结合在聚酰胺层上，然后金属离子继续和咪唑配体进行配位生成相应的ZIF纳米粒子，例如ZIF-8、ZIF-67等，这样通过ZIF纳米粒子能够修复聚酰胺层的缺陷，来提高纳滤膜的截盐率，同时ZIF纳米粒子通过配位键结合在聚酰胺分离层上。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明提供了一种基于聚烯烃复合聚酰胺膜原位生长ZIF制备纳滤膜的方法，并且采用反相界面聚合生长ZIF纳米粒子。

本发明的技术方案如下：

一种基于聚烯烃复合聚酰胺膜原位生长ZIF制备纳滤膜的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将聚烯烃多孔底膜的单面与有机相单体溶液接触0.1～15min，之后晾干，备用；

所述聚烯烃多孔底膜的材质为：聚乙烯、聚丙烯以及其他烯烃等一种烯烃的均聚物或多种烯烃的共聚物；

所述有机相单体选自：均苯三甲酰氯、1,2,3-苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二酰氯、己二酰氯、草酰氯中的一种或多种；有机相单体溶液的质量分数为0.01～2wt％，溶剂为正己烷；

(2)将步骤(1)所得膜接触有机相单体溶液的一面与水相单体溶液接触0.1～15min，之后晾干，备用；

所述水相单体选自：邻苯二胺、二乙胺、间苯二胺、对苯二胺、哌嗪、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种；水相单体溶液的质量分数为0.01～10wt％，溶剂为去离子水；

(3)将步骤(2)所得膜接触水相单体溶液的一面与ZIF前体金属盐溶液接触0.1～15min，之后烘干，备用；