[发明专利]一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜及其制备方法，所述金属有机框架纳米片夹层正渗透膜为基膜、Zr‑BTB金属有机框架纳米片和聚酰胺层构成的三明治结构；其中，所述基膜表面负载有所述Zr‑BTB金属有机框架纳米片，所述Zr‑BTB金属有机框架纳米片表面聚合有所述聚酰胺层。本发明技术方案，夹层的存在可减缓胺单体扩散速率、避免分离层塌陷，有利于形成薄且无缺陷的分离层；另外，具有均匀孔隙的大尺寸的金属有机框架纳米片作为夹层兼顾3D纳米材料和2D纳米材料优势，既可保证夹层材料在分离层形成过程中保持稳定，又可利用材料上特有亲水性官能团在分离层形成更多的水通道。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜及其制备方法。

背景技术

随着能源使用的巨大变更，电力成为未来的主要动力源，显著提升了锂在能源领域的应用价值。

盐湖卤水中锂储量丰富，但开发不足；这主要是由于卤水锂浓度普遍偏低，卤水初步纯化后仍需进一步浓缩处理方可通过沉淀获得锂产品，开发难度高。基于上述情况，锂浓缩直接影响产品质量及整体成本，是低锂品位卤水提锂的关键瓶颈；突破卤水提锂瓶颈，加快锂资源开发，对促进资源有效利用具有重大意义。近年来，正渗透技术快速发展并引起了广泛关注，其与传统压力驱动膜分离技术相比，具有低能耗、低污染的特点，在卤水提锂浓缩阶段具有潜在应用价值。

目前研究的FO膜主要是薄膜复合(TFC，Thin Film Composite)膜，它是通过间苯二胺(MPD)和均苯三酰氯(TMC)在基膜上交联聚合形成致密聚酰胺层(分离层)制备而成。现有传统正渗透膜由支撑层和分离层构成，其中起到关键分离浓缩作用的分离层一般是在支撑层表面由胺单体水相与酰氯有机相反应交联所形成的。

上述传统正渗透膜的分离层形成过程中，支撑层表面的胺单体因不受阻碍，可快速扩散向有机相并与酰氯单体反应；经Freger动力学模型证明可知，胺单体扩散速率的三次方与分离层厚度具有正比关系；因此，胺单体快速扩散致使传统正渗透膜形成较厚的分离层，水分子渗透阻力增大，水通量低。另外，形成的分离层易在支撑层大尺寸孔隙处塌陷，形成非选择性的缺陷，致使锂离子回收率的降低。

鉴于上述现有技术缺陷，构筑纳米材料夹层是调控胺单体扩散速率，获得超薄无缺陷正渗透膜的关键；然而，1D及3D纳米材料(示例性的，如SiO₂、MOFs等)作为夹层，材料空间结构决定了其与支撑层及分离层有限的接触面积，导致夹层难以在分离膜中维持稳定性，容易在分离层的形成过程中出现分离层塌陷，从而造成分离层缺陷；典型2D纳米材料(例如GO、MXene等)由于较大的表面尺寸在分离膜中稳定性更高，但其表面不具有水分子渗透通道，对分离膜水渗透性能具有不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜，所述金属有机框架纳米片夹层正渗透膜为基膜、Zr-BTB金属有机框架纳米片和聚酰胺层构成的三明治结构；

其中，所述基膜表面负载有所述Zr-BTB金属有机框架纳米片，所述Zr-BTB金属有机框架纳米片表面聚合有所述聚酰胺层。

本发明提供的一种金属有机框架纳米片夹层正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

获取小分子二胺单体的水相溶液、多元酰氯的有机相溶液以及表面沉积有Zr-BTB金属有机框架纳米片的基膜；

将所述表面沉积有Zr-BTB金属有机框架纳米片的基膜浸泡在所述小分子二胺单体的水相溶液中并保持第一预设时长后，去除多余液体并晾干，获得晾干后的基膜；