[發明專利]一種具有超薄分離活性層滲透汽化復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110402976.1
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN115193271A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 許振良;張新;成鳳儀;馬曉華;魏永明;湯初陽;鄭安麗;張慕伸;鄭鶴立
• 申請（專利權）人: 西隴科學股份有限公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;B01D61/36
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 任艷霞

本發明公開了一種具有超薄分離活性層滲透汽化復合膜及其制備方法，通過界面聚合法制備具有超薄有效分離活性層滲透汽化復合膜。本發明通過金屬有機框架材料(MOFs)對陶瓷基體改性，從而為界面聚合反應創造更好的反應條件制備復合膜。與現有技術相比，本發明不但能夠有效降低了滲透汽化復合膜有效分離皮層的厚度以達到減小膜阻力提高膜性能的目的，而且為在陶瓷等微米級大孔基底上進行界面聚合反應創造了機會。本發明不但簡化了薄膜復合膜的制備流程，而且節省了制備成本。

技術領域

本發明涉及超薄活性層復合膜的制備方法，特別是指通過在陶瓷基膜上制備MOFs改性中間層，然后進行界面聚合生成活性層。

技術背景

為了實現經濟的可持續發展，與傳統的蒸餾，萃取和吸收等分離技術相比，滲透汽化(PV)技術已被認為是近年來快速發展起來的一種新的液體混合物膜分離技術，其具有高效、節能、工藝簡單等優勢(Carbon,123(2017)660-667，CN111036089A)。主要用于傳統工藝較難處理的近沸物，恒沸物，微量水以及水中微量有機物的脫除。滲透汽化技術由于其在節能、環保等方面的優勢,已得到了廣泛的認可,是一種很有發展前景的化工分離技術(J.Membr.Sci.,318(2008),5-37)。其有可能成為替代工藝復雜能耗高的精餾吸附結晶等傳統操作技術，成為未來化工、環保等領域新型分離技術的重點之一(Prog.Polym.Sci,57(2016)1-31)。

膜技術中無機膜和有機膜相比較各有優缺點(Sep.Purif.Technol.,234(2020),116116)。有機滲透汽化膜盡管成本的低廉是其的顯著優勢，但是在有機滲透汽化膜的實際應用中，其通常具有穩定性差，通量較低的缺點。無機滲透汽化膜由于孔隙難以構建導致其的制備工藝繁瑣，價格高昂。綜合考慮，以無機陶瓷基膜作為載體，以有機活性皮層作為有效分離層的薄膜復合膜(TFC)應運而生。TFC膜通常由支撐體和聚酰胺層(PA)組成(CN104394968A)。具體的，超薄聚酰胺選擇層為有效的膜分離性能提供了一定的保證，而多孔支撐層為膜的操作穩定性提供了一定的保障。

J.Membr.Sci,448(2013)34-43，提出將聚多巴胺和聚乙烯亞胺沉積在陶瓷載體上用來改善陶瓷基膜和有機PA層的親和性，用以制備高性能異丙醇脫水的TFC膜(通量為6.0kg/m²h；分離因子：1400)。

J.Membr.Sci,576(2019)26-35，提出在陶瓷基膜上制備二氧化鈦中間層以制備TFC滲透汽化膜，此文中所制備的膜異丙醇脫水分離效果優異(通量為6.4kg/m²h；分離因子：12000)。

本發明的目的是基于以上研究內容，利用MOFs材料多孔結構及形貌易于調控特點，用其作為在陶瓷基膜上制備TFC膜的中間層改性材料。

發明內容

本發明的主要內容是在于提供一種具有超薄分離活性層的滲透汽化復合膜及其制備方法。此TFC膜以大孔陶瓷基膜作為支撐體，以界面聚合生成的聚酰胺為活性分離皮層。提出了設計MOFs材料作為支撐體與活性PA層的中間層，為在基膜上進行界面聚合生成PA活性層提供良好反應環境。操作目的是使此TFC膜兼具陶瓷基膜提供的穩定性與超薄PA層提供的優異分離性能。

為了達到上述目的，本發明的采取的技術方案為：

一種具有超薄分離活性層的滲透汽化復合膜，其由陶瓷膜表面改性中間層和表面超薄有效分離層制備而成；所述的中間層為改性金屬有機框架(MOFs)材料制備而成，所述超薄有效分離層是指通過界面聚合生成的聚酰胺層。

根據所述一種具有超薄分離活性層的滲透汽化復合膜，進一步，所述MOFs中間層通過聚合物改性或者MOFs形貌調控將其進行改性。

更進一步，所述改性金屬有機框架(MOFs)材料指利用有機聚合物材料親水改性在陶瓷基膜上直接進行原位生長作為中間層以及通過調控合成條件將其改變為片狀結構通過真空抽濾方法進行沉積于陶瓷基膜上。