[发明专利]一种高通量共价有机骨架复合膜及其制备方法

说明书

一种高通量共价有机骨架复合膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。包括多孔基膜以及原位生长在多孔基膜表面的共价有机骨架材料选择性分离层；所述的共价有机骨架材料为亚胺类二维层状共价有机骨架材料结构。采用端氨基硅烷偶联剂或多巴胺对多孔基膜表面进行化学修饰，再接枝含醛基小分子有机物，得到功能化的多孔基膜；将功能化的多孔基膜浸渍于合成共价有机骨架材料的前驱体溶液中，进行反应；采用有机溶剂冲洗反应后的多孔基膜并进行高温活化，即得到高通量共价有机骨架复合膜。本发明所制备的复合膜对水中多种染料都具有很高的截留率以及良好的染料/盐分离性能，同时具有很高的透过通量。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种高通量共价有机骨架复合膜及其制备方法。

背景技术

复合膜的分离性能主要取决于膜材料本身的性质和膜的结构形态，发展新型膜材料仍然是当前需要解决的关键问题。例如，目前已商品化的纳滤膜一般是具有超薄选择性分离层和多孔支撑层的复合膜，分离层主要为聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇或聚电解质层。然而，由于材料特性的限制，这些纳滤膜在分离过程中普遍存在通量低、耐压密性差、容易污染等缺点。开发高通量、运行稳定的新型复合膜是膜分离领域一项重要课题。

共价有机骨架材料(Covalent Organic Frameworks，COFs)是一类新型晶态有机多孔材料，由纯有机组分通过共价作用构筑而成，其比表面积大、孔隙率高、结构规整、孔道均一、良好的热化学稳定性以及结构可调控等优点，在气体存储与分离、化学反应催化、光电转换等领域具有潜在的应用前景，已受到人们的广泛关注。COFs材料主要以一维、二维和三维的形式存在，其中二维COFs材料是一种类似于石墨烯和水滑石的层层堆叠结构，但与石墨烯和水滑石材料只能靠调控片层间距对目标分子进行筛分分离不同，COFs片层本身就具有直径约0.9-4.7nm的孔，允许大部分的无机盐和溶剂快速通过，而分子量较大的有机物则得到截留。因此，若将二维COFs材料在多孔基膜上构筑成厚度薄、致密的选择性分离层可显著提高复合膜的渗透通量，并可获得优异的分离性能。本发明将强稳定性的二维亚胺类COFs材料制备成致密的复合膜并用于水体中染料脱除和染料/盐分离，进一步拓宽COFs材料的应用领域，加快其应用的脚步。

发明内容

本发明所要解决的关键技术问题在于，提供一种二维亚胺类共价有机骨架复合膜的制备方法，使所制备的共价有机骨架复合膜对水中的染料脱除以及染料/盐分离都具有很好的效果，同时又具有超高的透过通量。具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种高通量共价有机骨架复合膜，包括多孔基膜以及原位生长在多孔基膜表面的共价有机骨架材料选择性分离层；

所述的共价有机骨架材料为亚胺类二维层状共价有机骨架材料结构，在水及有机溶剂中具有极强的稳定性。

作为优选，所述的亚胺类二维层状共价有机骨架材料包括希夫碱 (－RC＝N－或＝CH－N－)、腙键(-NH-N＝)或连氮(＝N－N＝)共价有机骨架材料中的一种或几种；

具体地，所述的共价有机骨架材料选择性分离层厚度为0.05 μm～20μm。

具体地，所述的多孔基膜选自有机聚合物膜、无机膜或有机/无机杂化膜，且平均孔径为0.001-100μm；

具体地，所述的多孔基膜的形状可为平板式、管式或中空纤维式。

第二方面，本发明提供了上述复合膜的制备方法，包括：

步骤a、采用端氨基硅烷偶联剂或多巴胺对多孔基膜表面进行化学修饰，使基膜表面带有氨基活性基团，再接枝含醛基小分子有机物，得到功能化的多孔基膜；