一种添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法转让专利
申请号 : CN202110172217.0
文献号 : CN112933998B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 张国亮 , 范子璇 , 孟琴
申请人 : 浙江工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,所述方法为:
(1)酸活化黑滑石纳米材料的制备在硝酸水溶液中加入黑滑石纳米材料,于60~100℃下回流4~8h,之后离心,洗涤,干燥,得到酸活化黑滑石纳米材料;
(2)高分子多孔支撑层的制备
将高分子材料搅拌溶解在非极性或极性有机溶剂中,静置脱泡,形成稳定均一的铸膜液,将铸膜液刮涂在玻璃板上,经去离子水凝固浴,发生相转化成膜,随后置于去离子水中
12~48h进行溶剂交换,以除去剩余的有机溶剂,得到高分子多孔支撑层;
(3)通过界面聚合反应制备复合正渗透膜将高分子多孔支撑层加入酸活化黑滑石纳米材料与多元胺单体的水相溶液的混合物中浸渍5~15min,取出并晾干,然后加入多元酰氯单体的有机相溶液中浸渍1~8min,取出并在室温下干燥后,于50~80℃下热固化1~10min,经去离子水清洗后,得到所述复合正渗透膜;
所述多元胺单体为间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、均苯三胺中的至少一种;
所述多元酰氯为邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯中的至少一种;
所述有机相为正辛烷、环己烷、正己烷、正庚烷或C6~C8混合异构烷烃中的至少一种。
2.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述硝酸水溶液的质量分数为65%,所述硝酸水溶液的体积用量以黑滑石纳米材料的质量计为30~60mL/g。
3.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述黑滑石纳米材料的粒径为5~500nm。
4.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述高分子材料选自聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、聚醚酰亚胺、聚丙烯、碳酸酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述非极性或极性溶剂为苯、四氯化碳、二氯乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮中的至少一种。
6.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述铸膜液中高分子材料的质量含量为10~30%。
7.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述多元胺单体的水相溶液中多元胺单体的浓度为0.02~0.05g/mL。
8.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述酸活化黑滑石纳米材料与多元胺单体的水相溶液的质量比为0.01~1:
100。
9.如权利要求1所述添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述多元酰氯单体的有机相溶液中多元酰氯单体的浓度为0.005~0.01g/mL。
说明书 :
一种添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗透膜的制备方法
技术领域
背景技术
护中承担着重要角色。正渗透(Forward osmosis,FO)是近年来发展起来的一种浓度驱动的
新型膜分离技术,它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分
离过程,是目前世界膜分离领域研究的热点之一。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超
滤和反渗透技术,这一技术具有许多独特的优点,如低压甚至无压操作,因而能耗较低;对
许多污染物几乎完全截留,分离效果好;低膜污染特征;膜过程和设备简单等。在许多领域,
特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。
其达到较高的膜性能,开发高通量、高性能的正渗透膜对正渗透膜过程具有重要的意义。目
前最常用的正渗透膜为聚酰胺复合膜,即在高分子底膜的表面进行水相单体和有机相的聚
合反应,从而使底膜表面形成一层致密的聚酰胺(PA)薄层。然而PA层由于不够亲水、粗糙的
微观形貌、致密结构和荷负电基团等因素都导致其水通量较低和易发生膜污染。因此需要
对PA选择层进行改性,其中在水相或有机相中添加纳米粒子、功能化单体等通过界面聚合
反应改善PA选择层的物理化学性质,能有效提高正渗透膜的脱盐、耐氯和防污性能和抗菌
性能。
控等优点,蒙脱石、层状双氢氧化物等材料在膜领域已有广泛应用。黑滑石作为一种富镁硅
酸盐矿物粘土,是由滑石层(两个硅氧四面体层和一个镁氧八面体层)和类石墨烯碳层结合
而成的矿物材料,具有优良的化学稳定性、较大比表面积、适宜的孔结构及表面结构及抗菌
性,认为其有希望作为高性能新材料在膜领域进行广泛应用,为正渗透膜材料的研究开发
及应用推广提供了新的思路。
发明内容
颗粒于常温(20~30℃)下在去离子水中剧烈搅拌一周,充分剥离,制得黑滑石纳米材料(粒
径为5~500nm);
水中12~48h进行溶剂交换,以除去剩余的有机溶剂,得到高分子多孔支撑层;
甲基吡咯烷酮中的至少一种;
取出并在室温下干燥(2min)后,于50~80℃(优选60℃)下热固化1~10min,经去离子水清
洗后,得到所述复合正渗透膜(可置于4℃去离子水中备用);
的至少一种;
优选间苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯中的至少一种;所述有机相为正辛烷、环己烷、正己烷、正
庚烷或C6~C8混合异构烷烃中的至少一种,优选正己烷、正庚烷中的至少一种。
+ 3+ 2+
和外层的消除。同时,H 取代了Al 和Mg 等可交换阳离子,导致表面积和孔径的增加,酸活
化过程实现羟基结构的引入,从而提高黑滑石纳米材料的亲水性。因此添加酸活化黑滑石
纳米材料改性有利于减小正渗透过程中浓差极化问题,提高正渗透膜的水通量,并且保证
了正渗透膜具有高的截留率。
附图说明
具体实施方式
面积(m),Δt(h)为性能试验持续时间。
水中剧烈搅拌一周,充分剥离,得到所述黑滑石纳米材料(平均粒径为220nm)。20mL 65%硝
酸溶液中加入0.5g上述制备的黑滑石纳米材料,90℃下回流5h,将经过回流酸化后的粉末
洗涤,5000r/min离心10min,在120℃真空烘箱中干燥。
子水中24h进行进一步溶剂交换,以除去剩余的溶剂,得到聚砜多孔支撑层(厚度约200nm)。
均苯三甲酰氯/正己烷的有机相溶液中浸渍2min,取出并在室温下干燥2min,在60℃下热固
化5min,经去离子水清洗后,得到所述复合正渗透膜。所得添加酸活化黑滑石纳米材料复合
正渗透膜可置于4℃去离子水中备用。
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渗透膜的水通量为25.5L·m ·h ,反向盐通量为3.05g·m ·h 。
水中剧烈搅拌一周,充分剥离,得到所述黑滑石纳米材料(平均粒径为220nm)。20mL65%硝
酸溶液中加入0.4g上述制备的黑滑石纳米材料,90℃下回流6h,将经过回流酸化后的粉末
洗涤,5000r/min离心10min,在120℃真空烘箱中干燥。
子水中24h进行进一步溶剂交换,以除去剩余的溶剂,得到聚砜多孔支撑层(厚度约200nm)。
均苯三甲酰氯/正己烷的有机相溶液中浸渍2min,取出并在室温下干燥2min,在60℃下热固
化,经去离子水清洗后,得到所述复合正渗透膜。所得添加酸活化黑滑石纳米材料复合正渗
透膜可置于4℃去离子水中备用。
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渗透膜的水通量为26.7L·m ·h ,反向盐通量为3.95g·m ·h 。
水中剧烈搅拌一周,充分剥离,得到所述黑滑石纳米材料(平均粒径为220nm)。
子水中24h进行进一步溶剂交换,以除去剩余的溶剂,得到聚砜多孔支撑层(厚度约200nm)。
0.005g/mL均苯三甲酰氯/正己烷的有机相溶液中浸渍2min,取出并在室温下干燥2min,在
60℃下热固化,经去离子水清洗后,得到所述复合正渗透膜。所得添加未进行酸活化的黑滑
石纳米材料复合正渗透膜可置于4℃去离子水中备用。
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渗透膜的水通量为20.2L·m ·h ,反向盐通量为3.35g·m ·h 。
子水中24h进行进一步溶剂交换,以除去剩余的溶剂,得到聚砜多孔支撑层(厚度约220nm)。
2min,取出并在室温下干燥2min,在60℃下热固化,经去离子水清洗后,得到所述复合正渗
透膜。所述复合正渗透膜可置于4℃去离子水中备用。
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渗透膜的水通量为12.8L·m ·h ,反向盐通量为2.95g·m ·h 。