[發明專利]一種二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜的制備方法

有效

• 申請號: 201910044766.2
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109847590B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 武培怡;賈煒
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02;B01D71/06;B01D71/10;B01D71/48;B01D71/68
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜的制備方法，首先利用聚合物與金屬有機框架納米粒子的相互作用，抑制金屬有機框架納米粒子在Z軸方向的生長并在其表面進行修飾，從而得到二維溫敏金屬有機框架納米片，然后制成膜，并進行表面聚合，即得。本發明新型濾膜具有通量隨溫度、鹽濃度可變的智能性質。與此同時，二維金屬有機框架納米片的高比表面積、高孔隙率以及表面聚合層的改性作用也使得該類新型膜具有高通量與高截留的優異分離性能。本發明方法操作簡便，環境友好，易于批量化、規模化生產，具有良好的工業化生產基礎和廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于膜的制備領域，特別涉及一種二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜的制備方法。

背景技術

壓力驅動膜技術是應用最廣泛的一類膜過程。其在水處理等領域日益廣泛的應用，對于濾膜的通量、截留率等分離性能提出了越來越高的要求。然而傳統的聚合物基濾膜的通量和截留性能往往存在“交換”效應，即提升某種性能要付出降低另一種性能的代價。這種“交換”效應很大程度上限制了高性能濾膜的開發。此外，隨著社會發展以及應用場景的延伸，對于壓力驅動膜也開始提出了具備智能響應性的要求。因而，亟需通過新的技術路線設計開發新型膜材以滿足優異分離性能以及智能響應性能的需求。近年來，以金屬有機框架納米粒子為代表的納米材料以其高比表面積、高表面積、可設計性強而被廣泛應用于壓力驅動膜領域。

目前金屬有機框架納米粒子-聚合物雜化膜的制備方法多是采用共混成膜法，即將制備好的納米材料(分散液)加入到聚合物溶液中，然后通過相轉化或表面聚合等方式成膜。但通過這種傳統方式制備得到的雜化膜仍然以聚合物為主，主要通過納米材料來提升聚合物膜的性能，仍會受到聚合物的性能限制。《材料化學A》(Journal of MaterialsChemistry A 2016，4，16368-16376)報道了通過抽濾的方法將金屬有機框架ZIF-8復合到聚酰胺層中制得含金屬有機框架的復合納濾膜，該膜表現出了通量的一定提升，但依然屬于傳統聚合物膜的性能范疇。將二維金屬有機框架納米片作為膜的構筑單元，制備納米片基的濾膜則可以極大地提升膜性能的上限。《美國化學會應用材料與界面》(ACS AppliedMaterialsInterfaces,2017,9:28079–28088)利用二維金屬有機框架納米片抽濾成膜，得到了具有優異分離性能的濾膜，但并不具備智能響應性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜的制備方法，克服現有制備方法受聚合物的性能限制的技術缺陷，該方法利用聚合物與金屬有機框架納米粒子的相互作用，抑制金屬有機框架納米粒子在Z軸方向的生長并在其表面進行修飾，從而得到二維溫敏金屬有機框架納米片。隨后將該二維溫敏金屬有機框架納米片制成膜，并進行表面聚合，最終得到了新型二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜。

本發明的一種二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜的制備方法，包括：

(1)將鋅鹽、吡嗪、聚合物溶于溶劑中，得到溶液A；將四(4-羧苯基)卟吩溶于溶劑中，得到溶液B；

(2)將溶液A和溶液B混合，超聲，然后進行溶劑熱反應，洗滌，得到表面修飾有聚合物的二維溫敏金屬有機框架納米片，納米片尺寸在1～10μm之間(如圖1)；

(3)將二維溫敏金屬有機框架納米片分散液在基膜上制備薄膜，進行表面聚合，即得二維溫敏金屬有機框架納米片基濾膜。

上述制備方法的優選方式如下：

所述步驟(1)溶液A中的鋅鹽、吡嗪、聚合物、溶劑的比例為10～5000g：1～500g：10～10000g：10～1000L；溶液B中四(4-羧苯基)卟吩、溶劑的比例為0.5～100g：1～1000L。

所述聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基己內酰胺、聚異丙基丙烯酰胺、聚乙二醇中的一種或幾種，平均分子量500～300000。