[發明專利]二氧化鈦中間層修飾陶瓷基TFN正滲透膜的方法及其應用

在審

• 申請號: 202110377424.X
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113041864A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王棟;趙志育;董應超;付茂
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D71/76
• 分類號: B01D71/76;B01D71/56;B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D65/10;B01D61/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠

二氧化鈦中間層修飾陶瓷基TFN正滲透膜的方法及其應用，其屬于環境膜分離技術領域。引入納米復合二氧化鈦中間層，改善了支撐層的表面性質，為界面聚合提供良好的生長條件，同時引入新型多孔納米材料MOF?801，生長出更為致密的聚酰胺層，多孔的MOF?801材料為水和溶劑分子的轉輸提供了額外的低阻力轉輸通道，提高了水通量和有機溶劑通量，同時聚酰胺膜和MOF?801適當的孔徑都有效地阻擋鹽離子的通過，從而降低了反向鹽通量，可以有效解決膜滲透性與選擇性權衡問題，為活性層的結構設計提供了新思路和新方法。

技術領域

本發明涉及陶瓷基TFN正滲透膜制備技術，提出二氧化鈦中間層修飾陶瓷基底，同時引入新型材料MOF-801制備無缺陷陶瓷基TFN正滲透膜的方法，屬于環境膜分離技術領域。

背景技術

膜分離技術因具有低能耗、高效率、環境友好等優勢而受到極為廣泛的關注，在解決環境和能源問題方面具有重要的應用前景。而正滲透技術因其具有低成本、低污染和高水回收率等優勢受到了廣泛關注。

作為正滲透技術（FO）的核心正滲透膜，而正滲透膜作為正滲透技術的核心，目前主要以TFC膜（薄膜復合膜）為主，膜滲透性與選擇性權衡和載體的長期穩定性問題也是目前正滲透技術面臨的一些挑戰。目前文獻報道的正滲透膜以有機載體為主，與有機載體相比，無機載體具有機械強度高，熱穩定性和化學穩定性強等優點，但傳統陶瓷載體費用較高。通過采用工業固體廢棄物粉煤灰和低成本鋁土礦為原料制備的莫來石陶瓷支撐體，不僅降低了陶瓷支撐體的成本，而且增加了工業固體廢棄物的再利用價值，降低了工業固體廢棄物的環境危害。

直接在有機載體制備聚酰胺膜非常容易，這是因為有機載體表面孔徑較小且粗糙度較低；而莫來石陶瓷載體表面孔徑較大和粗糙度較大，這使得聚酰胺層生長在孔內，且生長的聚酰胺層有缺陷，增大了有效膜厚度，進而增加了水傳輸時遇到的阻力，導致水通量較小，反向鹽通量較大。這不利于正滲透的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種二氧化鈦中間層修飾陶瓷基底，制備無缺陷陶瓷基TFN正滲透膜的方法及其應用。通過引入二氧化鈦中間層和新型材料MOF-801，陶瓷載體上生長致密的TFN正滲透膜，所制備的膜在海水淡化、食品加工領域，有機溶劑回收方面具有較大的前景。

本發明的技術方案：

二氧化鈦中間層修飾陶瓷基底，引入新型材料MOF-801制備無缺陷陶瓷基TFN正滲透膜的方法，步驟如下：

（1）莫來石陶瓷載體的制備

以工業固廢粉煤灰和鋁礬土為原料，通過濕法紡絲-相轉化法制備莫來石生坯，再經過高溫煅燒得到莫來石陶瓷載體。

（2）二氧化鈦中間層的制備

（2.1）將孔徑為600-800 nm的莫來石陶瓷載體，放入乙醇溶液中洗滌30-60min，然后用去離子水沖洗干凈放入烘箱中干燥。

（2.2）在陶瓷中空纖維基底上制備無機過渡層：首先配制濃度為10% ~ 20wt%的二氧化鈦懸浮液，利用浸漬提拉工藝在陶瓷中空纖維基底外表面均勻涂覆；在上述過程中，控制浸漬時間為5~10 s，控制提拉速度為0.5~1.5 cm/s，獲得浸漬成功的載體，之后將載體放置于恒溫濕度干燥箱內干燥12 h以上，并于燒結氣氛為空氣的高溫爐中在500 ~ 900°C的溫度下焙燒10 ~12 h，在陶瓷中空纖維基底上制備得到厚度為3.0 ~ 5.0 μm的二氧化鈦過渡層。

（3）MOF-801粉體的合成