[发明专利]一种基于阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳复合纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于阴离子表面活性剂/UIO‑66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，步骤如下：1)将对苯二甲酸溶液、氯化锆盐溶液和冰乙酸混合反应，得到UIO‑66；2)煅烧UIO‑66，得到ZrOsubgt;2/subgt;纳米颗粒；3)用氢氟酸洗涤干燥ZrOsubgt;2/subgt;纳米颗粒，得到C‑UIO‑66纳米颗粒；4)将C‑UIO‑66纳米颗粒分散于含阴离子表面活性剂的水溶液中，得到阴离子表面活性剂/C‑UIO‑66悬浮液；5)将上述悬浮液抽滤在聚砜膜表面，得到C‑PSF复合超滤膜；6)在C‑PSF复合超滤膜上进行界面聚合，制得本发明复合纳滤膜。制备的复合纳滤膜PA层厚度薄且均匀，有效渗透面积大，保证较高二价盐截留率同时具有较高渗透通量。

技术领域

本发明涉及纳滤膜制备技术领域，特别是涉及一种基于阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳复合纳滤膜的制备方法。

背景技术

用于去除多价盐和小分子染料的纳滤(NF)膜，已广泛应用于污水处理、市政供水、分盐以及染料脱除等领域。目前，较为成熟的纳滤膜制备工艺是通过界面聚合反应(IP)在超滤/微滤(UF/MF)基底上形成聚酰胺选择层以制备薄膜复合(TFC)膜。然而，由于“tradeoff(权衡)”效应的影响，虽然TFC膜对多价盐离子具有较好的截留效果，但是水渗透性较低，使NF膜的推广应用受到限制。

界面聚合成膜是基于Schotten-Baumann(肖滕-鲍曼)反应，在水/有机界面上进行PIP(哌嗪)/水相和TMC(1,3,5-苯三甲酰氯)/有机相之间的不可逆生长聚合，这种不受控制且速度极快的反应很容易产生较厚的PA(聚酰胺)层(100-200nm)。一种可行的改性方法是添加纳米多孔材料，如MOF(金属-有机骨架)、碳纳米管和COF(覆晶薄膜)等，具有合适孔径的纳米多孔材料会在PA层中形成利于水分子通过的传输通道，在保持无机盐截留率基本不变的前提下较大程度的提升渗透性能。然而，纳米多孔材料的过量加入势必会引起非选择性缺陷的产生，且对于具有羧酸配体的MOF材料，存在水稳定性和耐碱性差的问题，极大地限制了MOF材料在纳滤膜制备中的作用。

近年来，一些MOF被用作前驱体，在保持原有形态和结构的同时，具有制备尺寸可控的衍生碳纳米材料已被广泛应用于吸附、催化和电化学等领域。然而，MOF衍生碳材料在纳滤膜领域的应用未见相关报道。此外，Zr基金属有机框架UIO-66由于较好的八面体结构和合适的孔道直径作为常用的膜改性纳米材料一直是研究的热点。

发明内容

本发明为解决现有技术中纳滤膜水通量较低的问题，提供了一种基于阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，该方法将UIO-66衍生碳纳米材料应用于纳滤膜制备领域，并采用将UIO-66衍生碳纳米颗粒经阴离子表面活性剂修饰后制备C-TFC复合纳滤膜，使得由该方法制备的高性能复合纳滤膜的PA层厚度较薄且均匀，且分离层上具有较多褶皱形貌，有效渗透面积大，与未引入阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳纳米颗粒的纳滤膜相比，在保证二价盐截留率的情况下具有更大的渗透通量和优异的无机盐分离性能，突破了传统的“trade off”效应，为高性能纳滤膜的制备提供了新途径，使其在膜分离技术领域具有良好的应用价值和前景。

本发明是这样实现的，一种基于阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将对苯二甲酸溶液、氯化锆盐溶液和冰乙酸混合反应，得到UIO-66；

(2)在一定温度下煅烧所述UIO-66，得到ZrO₂纳米颗粒；

(3)将ZrO₂纳米颗粒通过氢氟酸洗涤、干燥，得到UIO-66衍生碳纳米颗粒；

(4)将UIO-66衍生碳纳米颗粒分散于含有阴离子表面活性剂的水溶液中，得到阴离子表面活性剂/C-UIO-66悬浮液；

(5)将所述阴离子表面活性剂/C-UIO-66悬浮液抽滤在聚砜(PSF)膜表面，得到C-PSF复合超滤膜；