[發(fā)明專利]一種納米材料混合基質(zhì)膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210225916.8
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102764599A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小*;楊宏偉;解躍峰
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米材料混合基質(zhì)膜的制備方法。

背景技術(shù)

反滲透膜和納濾膜等高壓膜在飲用水處理和污水回用等諸多領(lǐng)域具有廣泛而不可替代的應(yīng)用。由于具有較高的膜通量及對溶解性有機物極高的截留率，復(fù)合膜是目前高壓膜的最主要形式。復(fù)合膜已基本成為高壓膜制備的行業(yè)標(biāo)準。

復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)特征在于：起支撐作用的微孔中間層和起過濾作用的過濾皮層單獨制備，即首先制備微孔中間層，隨后制備過濾皮層。

同所有膜過濾過程一樣，復(fù)合膜過濾也會受到膜污染的嚴重影響。膜污染不但會增加膜過濾阻力，降低膜通量，還會增加過濾通道阻力，增加運行能耗。此外，膜污染還會降低膜對污染物質(zhì)的截留能力，惡化出水水質(zhì)。

實踐表明，生物污染是復(fù)合膜污染的最主要表現(xiàn)形式。生物污染表現(xiàn)為微生物在膜組件內(nèi)的過度繁殖。對復(fù)合膜而言，生物污染并不能通過簡單投加消毒劑（如Cl₂）的方式消除。絕大多數(shù)復(fù)合膜對消毒劑的耐受能力均很低。在極微量的消毒劑濃度下，復(fù)合膜會發(fā)生破壞，嚴重影響復(fù)合膜的截留能力。

開發(fā)具有抗菌能力的復(fù)合膜成為目前復(fù)合膜研制的重要方向。以植入無機納米材料為特征的納米材料混合基質(zhì)膜是抗菌性復(fù)合膜的典型代表。納米材料混合基質(zhì)膜將納米材料的抗菌性能和復(fù)合膜的高過濾通量、高污染物截留率完美地結(jié)合起來。

目前制備納米材料混合基質(zhì)膜的方法主要有兩種。如圖1所示是現(xiàn)有制備方法一：在復(fù)合膜形成后，再在復(fù)合膜表面植入納米材料。這種方法的主要缺點是納米材料在膜表面的牢固性不高。在混合基質(zhì)膜應(yīng)用過程中，納米材料會不斷流失，混合基質(zhì)膜的抗菌性能也隨著消失。如圖2所示是現(xiàn)有制備方法二：在制備復(fù)合膜（即混合基質(zhì)膜）的反應(yīng)物溶液中添加納米材料。納米材料的植入和復(fù)合膜的形成同時發(fā)生。這種方法的主要缺點是納米材料容易發(fā)生聚集，對混合基質(zhì)膜的過濾和截留性能造成不利影響；同時，納米材料在膜表面的覆蓋率也不易控制。

因此，急需開發(fā)一種混合基質(zhì)膜的制備方法，利用該方法能夠保證納米材料在膜表面均勻分布、牢固性高且覆蓋率容易控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種納米材料混合基質(zhì)膜的制備方法，制備的納米材料混合基質(zhì)膜，其納米材料牢固性高、分布均勻且覆蓋率容易控制。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種納米材料混合基質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，包括兩個步驟：

步驟一、制備植入納米材料的微孔中間層；

步驟二、在已植入納米材料的微孔中間層表面制備過濾皮層。

所述的納米材料包括氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化硅、銀、碳納米管或沸石中的一種或多種。

所述納米材料的平均粒徑在0.01-1微米之間。

所述納米材料的平均粒徑在0.01-0.2微米之間。

所述的微孔中間層包括有機高分子材料，有機高分子材料包括聚砜PSf、聚醚砜PES、聚偏二氟乙烯PVDF、聚氯乙烯PVC、聚丙烯腈PAN、聚酰胺PA、聚酰亞胺PI、聚醚酰亞胺PEI及其共聚物中的一種或多種。

所述步驟一是在制備微孔中間層的同時將納米材料原位植入微孔中間層表面的。

所述步驟一是先制備微孔中間層，之后將納米材料溶液均勻涂布于微孔中間層表面實現(xiàn)植入。

所述步驟一是先制備微孔中間層，之后將納米材料利用靜電作用吸附于微孔中間層表面實現(xiàn)植入。

所述步驟一是先制備微孔中間層，之后將納米材料直接噴射于微孔中間層表面實現(xiàn)植入。

微孔中間層的平均孔徑在0.005-1微米之間。

微孔中間層的平均孔徑在0.01-0.5微米之間。

微孔中間層的平均孔徑在0.01-0.1微米之間。

所述微孔中間層的厚度在10-1000微米之間。

微孔中間層的厚度在10-500微米之間。

微孔中間層的厚度在10-100微米之間。

所述的過濾皮層為單層或多層。

所述的過濾皮層為單層，化學(xué)組成為聚酰胺，采用界面聚合法進行合成，具體步驟如下：