[發(fā)明專利]一種納米纖維正滲透復(fù)合膜的制備方法

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• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN114405291A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯小雪;鄭煜銘;邵再東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類號(hào): B01D69/12
• 分類號(hào): B01D69/12;B01D69/08;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/42;B01D71/56;B01D61/00
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本發(fā)明涉及一種納米纖維正滲透復(fù)合膜的制備方法。該方法包括：制備靜電紡絲聚丙烯腈納米纖維；進(jìn)行熱壓得到壓實(shí)的納米纖維膜；以間苯二胺和單官能金剛烷胺混合水相單體與均苯三甲酰氯間的界面聚合反應(yīng)構(gòu)筑聚酰胺活性層；將復(fù)合膜漂浮于熱NaOH浴表面進(jìn)行熱固化，最終制得納米纖維正滲透復(fù)合膜。此方法利用單官能度金剛烷胺與傳統(tǒng)間苯二胺水相單體的配合使用，采用熱NaOH浴固化，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)聚丙烯腈納米纖維支撐層和界面聚合皮層的親水官能化改性，提高層間結(jié)合力。本發(fā)明制備的納米纖維正滲透復(fù)合膜具有良好的水滲透性能，逆向汲取液溶質(zhì)滲漏問題也可得到有效緩解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開一種納米纖維正滲透復(fù)合膜的制備方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

正滲透（FO）是水響應(yīng)于選擇性半透膜兩側(cè)溶質(zhì)濃度差（即提供滲透壓的汲取液與待處理原料液間的滲透壓差）而自發(fā)正向滲透擴(kuò)散的過程，獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)機(jī)制賦予其操作過程簡單、能耗低和膜污染疏松易清洗等優(yōu)勢。近年來，F(xiàn)O在海水淡化、污廢水處理、污泥處置、藥物/食品濃縮和膜生物反應(yīng)器等諸多領(lǐng)域都顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。目前，已商業(yè)化和處于研發(fā)階段的FO膜，通常為由相轉(zhuǎn)化方法制備的多孔支撐層與其上以界面聚合形成的聚酰胺（聚酰胺）選擇性皮層復(fù)合而成的復(fù)合薄膜（TFC）。相轉(zhuǎn)化支撐層具海綿狀和指狀孔，孔隙率較低，且孔道彎曲，傳質(zhì)阻力較大，內(nèi)濃差極化（ICP）嚴(yán)重（當(dāng)支撐層面向汲取液，即FO模式，支撐層內(nèi)汲取液溶質(zhì)會(huì)在被滲透水稀釋，產(chǎn)生稀釋的ICP；當(dāng)聚酰胺皮層面向汲取液，即PRO模式，原料液溶質(zhì)會(huì)在支撐層內(nèi)滯留富集，產(chǎn)生濃縮的ICP），導(dǎo)致FO性能下降。

靜電紡絲技術(shù)是利用高壓靜電場對(duì)高分子溶液的牽伸作用并最終在接收裝置上收集得到納米纖維的方法，其材料選擇和結(jié)構(gòu)性質(zhì)靈活可調(diào)。靜電紡絲納米纖維膜具有完全開放的直通孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高，已被嘗試用作TFC FO膜支撐層，可有效緩解內(nèi)濃差極化現(xiàn)象。相較表面更為平整、孔徑均勻的相轉(zhuǎn)化支撐層，在具不規(guī)則孔結(jié)構(gòu)的粗糙納米纖維膜表面獲得穩(wěn)定低缺陷的界面聚合聚酰胺皮層存在一定困難，通常需要構(gòu)筑中間層或附加層，以減小汲取液溶質(zhì)的逆向滲漏及提高納米纖維支撐層與聚酰胺皮層間的結(jié)合力。如CN105879701A以多孔UiO-66/PSF靜電紡絲膜為支撐層，并于界面聚合聚酰胺皮層表面層層組裝聚多巴胺、聚乙烯亞胺、UiO-66和聚丙烯酸制備新型TFC FO膜；CN105879701A于納米纖維支撐層上引入二維多孔石墨烯層，與聚酰胺皮層構(gòu)成“類三明治”結(jié)構(gòu)TFC FO膜。然而，上述制備方法步驟較為繁瑣，易對(duì)原始膜造成化學(xué)損傷，且可能會(huì)犧牲一定的水通量。因此，如何基于納米纖維膜的形貌結(jié)構(gòu)特性和TFC FO膜的性能需求，直接從界面聚合皮層的制備工藝著手，從而更好地利用納米纖維支撐層的優(yōu)勢，值得進(jìn)一步深入探究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種新的納米纖維正滲透復(fù)合膜及其制備方法。

具體地，本發(fā)明提供了一種納米纖維正滲透復(fù)合膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）將聚丙烯腈溶解于溶劑中配置成濃度為8-15 wt%的紡絲液，將其通過靜電紡絲制成納米纖維膜；

（2）對(duì)（1）中所述納米纖維膜進(jìn)行熱壓，得到壓實(shí)的納米纖維膜；

（3）固定（2）中所述壓實(shí)的聚丙烯腈納米纖維膜，向其上表面傾倒1-5 wt%間苯二胺和0.05-1 wt%單官能度金剛烷胺的混合水相溶液，停留1-10 min；

（4）排除（3）中吸收混合水相溶液后的聚丙烯腈納米纖維膜中的氣泡，并采用風(fēng)刀吹掃去除其表面殘留水相溶液；

（5）向步驟（4）最終得到的中得到的納米纖維膜上表面進(jìn)一步傾倒0.1-0.5 wt%均苯三甲酰氯/正己烷有機(jī)相溶液進(jìn)行界面聚合反應(yīng)1-5 min；

（6）將（5）中得到的納米纖維支撐界面聚合膜漂浮于熱NaOH浴表面進(jìn)行熱固化，最終得到納米纖維正滲透復(fù)合膜。