[發明專利]一種共價有機骨架IISERP-COOH-COF1膜及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910140383.5
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109821422B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 黃愛生;劉傳耀;姜蘊哲;郭浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種共價有機框架IISERP?COOH?COF1膜的制備方法和應用，所述制備方法包括：1）采用3?氨丙基三乙氧基硅烷即APTES對三氧化二鋁陶瓷管基體進行功能化修飾；2）在APTES修飾的陶瓷管表面生長IISERP?COF1晶種層；3）采用常規加熱進行二次合成，制備得到均勻致密的IISERP?COF1膜；4）采用丁二酸酐對IISERP?COF1膜功能化后修飾，制備得到IISERP?COOH?COF1膜，將所制得的膜應用于多種離子納濾脫鹽實驗。本發明的優點在于采用了一種簡單高效的功能化后修飾的方法，制備了納濾性能優異的共價有機框架膜。采用本方法制備的膜用于離子脫鹽實驗，在室溫和2bar操作壓力下，Na₂SO₄離子截留率高達96.27%，水通量高達0.55 L·m^?2·h^?1·bar^?1；可在海水淡化中應用。

技術領域

本發明涉及共價有機框架膜的合成，特別是提供一種具有優異納濾性能的共價有機框架IISERP-COOH-COF1膜及制備方法和應用。

背景技術

水是生命之源，是萬物生長的基本條件。伴隨著人口數量的劇烈增長，工業、農業等基礎產業的迅猛發展，及環境污染問題的日益加劇，水資源極度緊缺已成為一個世界性的問題。作為全球最缺水的國家之一，我國的人均水資源占有量只有2200m³，僅為世界平均水平的四分之一。隨著我國經濟的快速發展、人口的迅速增長、城市化進程的不斷加快，各種形式的水污染，如酸化、水體富營養化、油污污染、重金屬污染等等也日益加劇。這些水污染現象導致淡水供需矛盾顯得更加突出。淡水資源的不斷枯竭，已對生態環境和人類健康構成了重大威脅，并且嚴重阻礙了經濟和社會的可持續發展。

我國目前廣泛使用的海水淡化方法有：多級閃蒸技術、反滲透(RO)技術、低溫多效蒸餾技術、太陽能法、電滲析以及低壓汽蒸餾等。其中，蒸餾和反滲透是目前主要的海水淡化技術。納濾膜是在反滲透膜基礎上發展起來的一種新型分離膜，其分離性能和操作壓力介于反滲透膜和超濾膜之間，因此也被稱作疏松反滲透膜、低壓反滲透膜或致密超濾膜等。納濾膜具有對二價鹽或高價鹽脫除效率高于90％、對分子量介于100-1000的有機小分子脫除率較高、操作壓力低至0.4MPa-1.0MPa等優點，因而得到廣泛的應用。目前納濾膜材料主要為有機高分子膜(聚酯膜和聚酰胺膜)，但有機膜的熱穩定性、化學穩定性和抗污染能力較差，因而其使用壽命短、需要頻繁清洗和更換，并且有機膜通常不能用于含有機溶劑或較高溫度的海水處理，這也增加了納濾法制水的成本。因此，開發一種具有高穩定、高通量和高選擇性的新型海水淡化膜材料仍然是一個挑戰。

近年來共價有機框架材料引起研究者廣泛的興趣，共價有機框架(covalentorganic framework，COF)是一類主要由C、H、N、B、O等輕原子構成、以共價鍵連接的一類新型多孔晶態材料。COF具有孔道結構高度有序、孔徑可調、比表面積較大、合成方法多樣和易于功能化修飾等特點，在非均相催化、氣體吸附與分離以及光電材料等領域具有廣闊的應用前景。COF材料作為一種純有機的晶態多孔材料，具有很多優點。與無定型材料相比，COF材料具有確切的結構和規則的孔道，因而研究者們開始研究共價有機框架材料及其在膜分離領域的設計、制備和應用。目前共價有機框架膜在納濾分離的應用局限于污水中染料分子的分離，由于大多數共價有機框材料的孔徑比大多數水合離子半徑大很多，所制備的共價有機框架膜對污水中離子截留率不高。因此，本領域急需開發一種制備方法簡單可控、具有高穩定性和高分離性能的海水淡化共價有機框架膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用于納濾分離的具有優異脫鹽性能的共價有機框架IISERP-COOH-COF1膜及制備方法，以便克服現有共價有機框架膜納濾分離技術存在的離子截留率低，難以規模化應用的難題。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種共價有機骨架IISERP-COOH-COF1膜的制備方法，該方法包括以下具體步驟：步驟1：基體表面修飾