[發明專利]一種快速將微濾或超濾膜原位轉化為納濾膜的方法

有效

• 申請號: 201611109819.7
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106621831B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 郝鄭平;張中申;孫永剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種快速將微濾或超濾膜原位轉化為納濾膜的方法，屬于膜分離技術領域。本發明目的在于克服現有納濾膜制備技術的不足，開發一種簡單、廉價、快速的納濾膜原位制備的方法。本發明利用無需特殊條件就能與氧化石墨烯發生反應的二胺為交聯劑，利用水的表面張力和氣體壓力的共同作用調節氧化石墨烯片層的貼合性，制備過程無需加熱、烘干等特殊處理，以簡單快速的方式，在裝有微濾或超濾膜的裝置中，實現氧化石墨烯納濾膜的原位制備。本發明的方法具有成本低廉、可原位制備、可再生和不受基底膜種類與形狀的限制等優點，所制備的納濾膜具有較高的水通量，對離子和有機物具有良好的脫除效果，具有廣闊的規?；瘧们熬?。

技術領域

本發明涉及一種快速將微濾或超濾膜原位轉化為納濾膜的方法，屬于膜分離技術領域。

背景技術

納濾(NF)是一種介于超濾和反滲透之間的壓力驅動型膜分離技術，其有效過濾孔徑為0.5-2納米。納濾通常具有操作壓力低，水通量大等優點，對無機鹽和小分子有機物有一定的去除能力，對色度和異味有較好的凈化性能，廣泛用于水處理領域。目前，納濾膜的制備方法主要有相轉化法、共混法、荷電化法和復合法等。其中復合法是目前使用最多的方法，是通過在多孔的基底膜上復合一層具有分離性能的聚合物薄層制備。以聚合物為分離有效層的納濾膜雖然具有較好的選擇性和透過性，但存在易發生氯中毒和易滋生細菌等缺點，而導致性能的下降，膜的應用范圍受到一定限制。在納濾膜的制備和分離機理研究等方面依然存在大量的技術問題需要解決，并且需要進一步開發價格低廉、性能優良、適用范圍廣的納濾膜。

氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料，具有二維結構特點、較高的理論比表面積和豐富的含氧官能團。氧化石墨烯具有比石墨烯更好的可加工性和在水中的分散性，可在其表面進行各種修飾和調變，是理想的膜材料。利用化學氧化結合超聲剝離的方法能夠以廉價的方式實現氧化石墨烯溶液的大量制備，為氧化石墨烯膜的規?；瘧锰峁┝肆己玫幕A。

Joshi等(Science,2014,343(6172):752-754)的研究發現，水分子能夠幾乎沒有摩擦力的通過石墨烯片層所形成的狹縫型結構。等(Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16(18):8646-8654)通過分子動力學模擬的方法，說明理論上氧化石墨烯膜能夠實現良好的脫鹽效率和較高的水通量。Nair等(Science,2012,335:442-444)利用旋涂法制備氧化石墨烯膜，并利用化學腐蝕的方法去除基底，制備自支撐的致密的氧化石墨烯膜，對水蒸氣具有極快的滲透速率，但該方法制備的膜機械強度差，無法大面積制備。負載型氧化石墨烯膜，是以負載在基底膜表面的氧化石墨烯層作為分離作用有效層，利用基底膜的支撐作用增強膜的機械強度，具有更廣闊的應用空間。Mi等(J.Membrane Sci.,2014,469:80-87)通過層層自組裝法，利用靜電作用力依次將帶負電荷的氧化石墨烯片層和帶正電荷的聚丙烯腈負載到基底膜上制備氧化石墨烯復合膜，該制備方法需多次交替浸漬負載，操作過程繁瑣，難以規?；a與應用。Wang等(J.Mater.Chem.A,2015,3(8):4405-4412)通過酯化反應，合成一系列的共價交聯的氧化石墨烯膜，但交聯反應條件較為苛刻，制膜面積小，難以工程化應用。Zhang等(J.Membrane Sci.,2016,515:204-211)通過磺化作用在氧化石墨烯片上引人磺酸基，并對氧化石墨烯溶液進行了一定的還原處理，利用真空抽濾的方法制備了丁二酸交聯的氧化石墨烯膜，該交聯反應需要加熱和強酸條件的催化，制備過程復雜，抗壓力沖擊能力差，限制了其進一步的應用。

上述制備氧化石墨烯膜的方法分別存在諸如工藝復雜、制膜的面積小、膜強度低、反應條件苛刻、難以規模化生產等問題。