[發明專利]一種高通量共價有機骨架復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201711060061.7
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107983173B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 范紅瑋;顧佳慧;孟洪
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種高通量共價有機骨架復合膜及其制備方法，屬于膜分離技術領域。包括多孔基膜以及原位生長在多孔基膜表面的共價有機骨架材料選擇性分離層；所述的共價有機骨架材料為亞胺類二維層狀共價有機骨架材料結構。采用端氨基硅烷偶聯劑或多巴胺對多孔基膜表面進行化學修飾，再接枝含醛基小分子有機物，得到功能化的多孔基膜；將功能化的多孔基膜浸漬于合成共價有機骨架材料的前驅體溶液中，進行反應；采用有機溶劑沖洗反應后的多孔基膜并進行高溫活化，即得到高通量共價有機骨架復合膜。本發明所制備的復合膜對水中多種染料都具有很高的截留率以及良好的染料/鹽分離性能，同時具有很高的透過通量。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種高通量共價有機骨架復合膜及其制備方法。

背景技術

復合膜的分離性能主要取決于膜材料本身的性質和膜的結構形態，發展新型膜材料仍然是當前需要解決的關鍵問題。例如，目前已商品化的納濾膜一般是具有超薄選擇性分離層和多孔支撐層的復合膜，分離層主要為聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇或聚電解質層。然而，由于材料特性的限制，這些納濾膜在分離過程中普遍存在通量低、耐壓密性差、容易污染等缺點。開發高通量、運行穩定的新型復合膜是膜分離領域一項重要課題。

共價有機骨架材料(Covalent Organic Frameworks，COFs)是一類新型晶態有機多孔材料，由純有機組分通過共價作用構筑而成，其比表面積大、孔隙率高、結構規整、孔道均一、良好的熱化學穩定性以及結構可調控等優點，在氣體存儲與分離、化學反應催化、光電轉換等領域具有潛在的應用前景，已受到人們的廣泛關注。COFs材料主要以一維、二維和三維的形式存在，其中二維COFs材料是一種類似于石墨烯和水滑石的層層堆疊結構，但與石墨烯和水滑石材料只能靠調控片層間距對目標分子進行篩分分離不同，COFs片層本身就具有直徑約0.9-4.7nm的孔，允許大部分的無機鹽和溶劑快速通過，而分子量較大的有機物則得到截留。因此，若將二維COFs材料在多孔基膜上構筑成厚度薄、致密的選擇性分離層可顯著提高復合膜的滲透通量，并可獲得優異的分離性能。本發明將強穩定性的二維亞胺類COFs材料制備成致密的復合膜并用于水體中染料脫除和染料/鹽分離，進一步拓寬COFs材料的應用領域，加快其應用的腳步。

發明內容

本發明所要解決的關鍵技術問題在于，提供一種二維亞胺類共價有機骨架復合膜的制備方法，使所制備的共價有機骨架復合膜對水中的染料脫除以及染料/鹽分離都具有很好的效果，同時又具有超高的透過通量。具體技術方案如下：

第一方面，本發明提供了一種高通量共價有機骨架復合膜，包括多孔基膜以及原位生長在多孔基膜表面的共價有機骨架材料選擇性分離層；

所述的共價有機骨架材料為亞胺類二維層狀共價有機骨架材料結構，在水及有機溶劑中具有極強的穩定性。

作為優選，所述的亞胺類二維層狀共價有機骨架材料包括希夫堿 (－RC＝N－或＝CH－N－)、腙鍵(-NH-N＝)或連氮(＝N－N＝)共價有機骨架材料中的一種或幾種；

具體地，所述的共價有機骨架材料選擇性分離層厚度為0.05 μm～20μm。

具體地，所述的多孔基膜選自有機聚合物膜、無機膜或有機/無機雜化膜，且平均孔徑為0.001-100μm；

具體地，所述的多孔基膜的形狀可為平板式、管式或中空纖維式。

第二方面，本發明提供了上述復合膜的制備方法，包括：

步驟a、采用端氨基硅烷偶聯劑或多巴胺對多孔基膜表面進行化學修飾，使基膜表面帶有氨基活性基團，再接枝含醛基小分子有機物，得到功能化的多孔基膜；