[發明專利]基于金屬有機骨架MIL-101(Cr)的平板式混合基質正滲透膜及制備方法

有效

• 申請號: 201711334169.0
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108031304B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 王秀菊;王立國;周凱麗;王仲鵬;劉思全;何芳;劉偉
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01D71/16
• 分類號: B01D71/16;B01D69/06;B01D67/00;B01D61/00;C02F1/44
• 代理公司: 37240 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)
• 代理人: 高強

本發明公開了一種基于金屬有機骨架MIL?101(Cr)的平板式混合基質正滲透膜及制備方法，屬于膜分離領域。將0.05%～1.5%（w/w）MIL?101(Cr)通過超聲均勻分散于66.5%～90.95%（w/w）混合溶劑中，然后與8.0%～20.0%（w/w）醋酸纖維素一起，按照一定順序加入到三口圓底燒瓶中，攪拌使醋酸纖維素完全溶解后，加入1.0%～12.0%（w/w）聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，在15～90℃溫度下攪拌溶解2～16h至完全溶解，靜置脫泡3～16h，配制正滲透膜鑄膜液；在支撐材料上刮制成膜并在30～90℃去離子水中熱處理5～60mins，即制得基于MIL?101(Cr)的平板式混合基質正滲透膜。本發明所制的正滲透膜利用1M NaCl作為驅動液、去離子水作為原料液，在1h測試時間里，其純水通量大于45.0L/m²?h，反向鹽通量小于2.5g/m²?h。

技術領域

本發明涉及一種高分子平板式正滲透膜及其制備方法，特別是涉及一種基于金屬有機骨架MIL-101(Cr) 的平板式混合基質正滲透膜及制備方法。

背景技術

水資源的匱乏和日益嚴重的水污染已成為制約社會進步和經濟發展的瓶頸，新水源開發和廢污水資源化利用也成為全球普遍關注的問題。由于地球上海水資源極為豐富，且產生大量的廢污水，海水淡化和污水資源化已成為解決水資源危機的戰略選擇。在諸多的海水淡化和污水資源化技術中，膜分離技術是最好的選擇之一。作為解決這一關鍵問題而誕生的低能耗、高水回收率的正滲透技術成了海水淡化和污水資源化領域的研究重點和熱點，對解決水資源短缺問題有著重要的戰略意義。

正滲透(forward osmosis，FO) 是一種依靠膜兩側滲透壓驅動的膜分離技術，正日益受到重視，相關的理論和應用研究取得了較大的進展，并成功應用于海水淡化、廢水處理、食品醫藥、能源等領域。目前，常見的正滲透膜主要有醋酸纖維素膜、聚苯并咪唑膜、聚酰胺復合膜等，商業化程度不高主要是缺乏性能良好的正滲透膜和適宜的驅動液，而正滲透膜是整個正滲透過程的關鍵所在。高性能的正滲透膜與其材料性質和膜的結構密切相關，可見性能優良的膜材料和正滲透膜制備方法尤為重要。常見的正滲透膜制備方法有界面聚合法、雙選擇層膜制備法和納濾膜改性三種。界面聚合法制備的正滲透復合膜內濃差極化較嚴重；雙選擇層膜有效減小了內濃差極化，但制備工藝較為復雜；納濾膜改性膜對單價鹽的截留率和水通量均較低；因此，需要開發新的正滲透膜制備工藝以提高正滲透膜的分離性能和產業化的可行性。

上世紀60年代，國外開始正滲透技術的研究，采用商品化的反滲透膜或納濾膜進行正滲透的應用研究，結果證明現有的反滲透膜或納濾膜難以用于正滲透過程，但同時也證明了正滲透膜的性能與膜材料、膜結構密切相關；隨后，諸多膜科技工作者開始了正滲透膜制備的基礎研究，研究結果表明，通過選擇合適的膜材料、成膜工藝，可以制備性能優良的正滲透膜。我國正滲透技術的研究起步較晚，目前國內對正滲透技術的研究，無論是膜制備還是膜過程研究，仍處于探索階段。一些膜科研工作者探索了纖維素類正滲透膜的制備條件，研究了各種因素對正滲透膜性能的影響，但尚未制備出可商業化的性能優良的正滲透膜；正滲透膜的制備和應用研究仍然任重而道遠。前期的研究啟示我們，利用共混技術改性膜材料，有望提高正滲透膜的水通量、截鹽率、機械性能和耐污染性能，并且易于實現產業化。發明專利ZL201410770001.4、201510245514.8和ZL201410769752.4、201510245504.4分別采用納米二氧化鈦和石墨烯與醋酸纖維素共混制備平板式和中空纖維正滲透膜，所制備正滲透膜的分離性能和滲透性能得到了較大幅度的提高；發明專利2017100954795、2017100954780、2017100954846采用功能化碳納米管與醋酸纖維素共混制備了性能更優良的正滲透膜；但通過選擇合適的輔助材料，仍可對所制備正滲透膜的分離性能和滲透性能進行進一步的提高，滿足商業化生產和應用需求。