[發明專利]一種金屬多酚網絡超薄分離膜的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202211067759.2
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115282778A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 呂嫣;趙玨;劉天西;錢澤宇;孫睿
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 劉一霖

本發明涉及一種金屬多酚網絡超薄分離膜的制備方法及其應用。該方法為以多孔支撐膜為物理屏障，一側加入多酚水溶液，另一側加入金屬鹽溶液，利用相對擴散的過程在多孔支撐膜表面處組裝形成金屬多酚網絡，制備得到了金屬多酚網絡超薄分離膜。在本發明中金屬多酚網絡超薄分離膜的制備過程中，能有效延緩金屬多酚網絡組裝速率，從而形成致密且無缺陷的薄膜。此外，本發明制備的金屬多酚網絡超薄分離膜，具有較高的離子截留率，在納濾領域有廣泛前景，且其制備方法簡單易行，適用于工業放大。

技術領域

本發明屬于納濾薄膜及其制備與分離應用的技術領域，具體涉及一種金屬多酚網絡超薄分離膜及其制備與應用。

背景技術

膜技術已成功并廣泛應用于可持續廢水處理和再利用，以緩解全球水危機。納濾膜的孔徑介于超濾膜和反滲透膜之間，相比致密的反滲透膜，納濾膜在較低的操作壓力下便能獲得相對高的通量。而在小分子和多價離子去除方面，如地下水軟化、藥物提純、溶劑交換等領域，納濾膜比超濾膜具有更高的分離精度，比反滲透膜具有更佳的操作效率。

金屬多酚網絡是由金屬離子與多酚配位形成的超分子網絡，其組裝條件溫和、操作簡便，且原料綠色價廉。不同多酚能和種類多樣的金屬離子形成配位交聯網絡，可實現對金屬多酚薄膜孔徑尺寸、結構和性質的靈活調控，因而金屬多酚網絡薄膜開始逐漸被應用于納濾分離領域。

傳統金屬多酚網絡薄膜通常在基底上通過金屬離子和多酚的沉積或層層自組裝策略來制備。然而，對于共沉積方法，由于金屬和多酚的配位反應速率較快，使得沉積過程可控性較差，易在金屬多酚網絡中形成選擇性缺陷，從而影響所制備的薄膜的分離性能。此外，沉積過程中只有少數金屬離子和多酚有效沉積到基底上形成薄膜，大多數從水中沉淀，降低了該策略的經濟效率。而對于層層自組裝策略，除了存在上述問題外，還需要重復多次沉積操作步驟，制備過程較為復雜繁瑣，實用性較差。

中國專利CN104984666A提供了一種金屬多酚薄膜的制備方法與應用。該方法通過金屬鹽溶液和多酚溶液混合在多孔支撐膜上制備金屬多酚薄膜，且通過層層自組裝的方式來控制金屬多酚層的厚度。該發明中制備得到的金屬多酚薄膜對染料的截留具有優越效果，但其水通量較低，且未對無機鹽離子進行分離測試。此外，該方法中金屬離子和多酚之間過快的配位反應，難以實現金屬多酚網絡納米級結構和薄膜分離性能的精確調控。

發明內容

本發明針對現有不足，提供了一種金屬多酚網絡超薄分離膜的制備方法，并應用于納濾過程。

本發明提供一種金屬多酚網絡超薄分離膜的制備方法，包括以下步驟:

步驟S1：配制多酚水溶液和金屬鹽溶液；

步驟S2：將圓形的多孔支撐膜清洗干燥后固定在自制的相對擴散裝置中，多酚水溶液和金屬鹽溶液分別迅速加入至自制相對擴散裝置的兩端容器中，其中多孔支撐膜的致密側加入多酚水溶液，疏松側加入金屬鹽溶液，密封裝置。將相對擴散裝置在室溫下靜置反應一定時間；

步驟S3：將膜從裝置中取出，用超純水洗滌數次，然后放入烘箱，繼續反應一段時間；

步驟S4：將膜從烘箱中取出用超純水洗滌，并存儲在超純水中備用。

本發明所涉及的金屬離子和多酚的相對擴散組裝反應，其反應時間長短會影響所制備薄膜的分離性能。反應時間過短，導致無法形成連續無缺陷的金屬多酚網絡分離層，降低了薄膜的分離性能；反應時間過長，導致形成的分離層過厚，降低了薄膜的分離效率。

本發明有益效果在于：

1、本發明的多孔支撐膜被放置在反應組分溶液之間作為一個物理屏障，以減緩反應物的擴散。當反應速率遠大于擴散速率時，反應可以被限制在基底表面的薄層內，有效抑制金屬多酚網絡本身過快的組裝而導致的缺陷，從而傾向于形成致密且無缺陷的超薄金屬多酚網絡超薄分離膜。