[發(fā)明專利]一種植酸組裝的超薄抗污染復(fù)合納濾膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810741563.4
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN109012183B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳洪;姜忠義;游昕達(dá);蘇延磊;余倩倩;袁錦秋
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/42;B01D71/68
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開了一種植酸組裝的超薄抗污染復(fù)合納濾膜的制備方法，首先，采用相轉(zhuǎn)化法制備高分子多孔基膜：制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?2.0％的植酸組裝水溶液；將超濾基膜加入植酸組裝水溶液中得到植酸吸附的超濾基膜，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?2.0％的過渡金屬鹽，在25℃靜置組裝40?80min，得到組裝復(fù)合膜；將該組裝復(fù)合膜浸泡于去離子水中10min，取出膜進(jìn)行熱處理后即為植酸組裝的超薄抗污染復(fù)合納濾膜。本發(fā)明操作過程簡單，綠色環(huán)保，無有機(jī)溶劑使用，相對于傳統(tǒng)的復(fù)合納濾膜，本方法制備的植酸?過渡金屬離子分離層非常薄，且具有超親水特性，在超低的操作壓力(1bar)下，具有超高的水通量、分離性能與抗污染性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種植酸組裝的超薄抗污染復(fù)合納濾膜制備方法。

背景技術(shù)

納濾技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代末，是分離精度介于反滲透和超濾之間的一種壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)，其相對于反滲透膜具有更高的滲透通量、更低的操作壓力(3-10bar)，對高價(jià)鹽離子和小分子有機(jī)物具有良好的截留性能，被廣泛應(yīng)用于苦咸水脫鹽、印染廢水處理、生化制劑和藥物提純等領(lǐng)域^[1-3]。但是，目前商品化納濾膜通量小于3L m^-2h^-1bar^-1，這極大限制了納濾膜的分離效率^[4]。

目前，大部分學(xué)者通過界面聚合等技術(shù)，在多孔基底上制備具有選擇透過性的納米薄膜，從而得到復(fù)合納濾膜。其中納米薄膜作為活性分離層，決定了納濾膜整體的滲透通量與選擇性，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)為頂部活性分離層和底部支撐層的同時(shí)優(yōu)化提供了可能^[5]。但是，現(xiàn)有復(fù)合納濾膜的厚度大多超過100納米，嚴(yán)重制約了滲透通量，復(fù)合納濾膜的超薄化已成為領(lǐng)域內(nèi)的重要課題。近年來，調(diào)控分子的界面組裝行為成為了制備超薄高分子膜的有效策略。目前，學(xué)者已通過優(yōu)化基底物理化學(xué)結(jié)構(gòu)^[6-8]、控制微相擴(kuò)散^[9,10]等技術(shù)調(diào)控界面單體的縮聚反應(yīng)從而制備一系列幾十納米厚的超薄納濾膜，顯著提升了滲透通量。英國帝國理工學(xué)院的利文斯頓等人采用氫氧化鎘納米線作為犧牲層，首次制備了厚度小于10納米的自支撐納濾膜^[11]，但存在與基底脫離的風(fēng)險(xiǎn)^[7]。此外，上述大部分超薄膜的制備策略步驟較為繁瑣，構(gòu)建相界面所需要的有機(jī)溶劑也對環(huán)境不利。更簡便、綠色的超薄膜制備方法亟待開發(fā)。

此外，對于小分子有機(jī)物的脫除，通過超薄化賦予納濾膜高通量的同時(shí)，也將使其面臨更嚴(yán)峻的污染問題。因?yàn)楦咄繉Ⅱ?qū)動(dòng)更多污染物吸附在膜表面，在操作過程中降低滲透通量^[12]。理論上來說，污染物在膜表面的附著取決于“污染物-水分子-膜表面”三元系統(tǒng)的最大吉布斯自由能^[13]。而超親水膜材料具有豐富的極性基團(tuán)，與水分子通過氫鍵或靜電作用相結(jié)合，可在膜表面結(jié)合大量水分子形成水合層，增加污染物在膜表面吸附的能壘，帶來優(yōu)異的抗污染性能^[13]。此外，親水膜還有助于水分子的在膜表面吸附溶解，提升分離膜的水通量。因此設(shè)計(jì)超親水的超薄納濾膜可保證納濾分離過程的持久高通量。

生物體通過功能分子間的弱相互作用組裝制備了具有各種功能的超薄膜。例如，細(xì)胞膜是由磷酸酯功能分子通過疏水作用組裝得到的，僅有兩個(gè)分子層厚度(約8納米)卻能實(shí)現(xiàn)分子的選擇性透過^[14]，外部的親水磷酸端還能通過水合作用抵御外部污染物的附著^[13]，這為功能化超薄膜的自下而上設(shè)計(jì)制備提供了新思路。自然界的谷物中存在一種含有六個(gè)磷酸基團(tuán)的親水小分子——植酸^[15]。其中磷酸基團(tuán)水合自由能約為47.3kJ/mol，與磺酸基團(tuán)相當(dāng)，已被應(yīng)用于強(qiáng)化質(zhì)子交換膜保水性^[16]。此外，豐富的磷酸基團(tuán)賦予其優(yōu)異的分子組裝特性，可通過氫鍵、配位等作用在固-液界面組裝制備分子級薄膜^[17]。但是，以植酸為構(gòu)建單元制備超薄抗污染復(fù)合納濾膜研究尚未報(bào)道。

[參考文獻(xiàn)]