[发明专利]一种具有非定向纳米通道的复合分离膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有非定向纳米通道的复合分离膜及其制备方法，所述复合分离膜的多孔支撑层中镶嵌含有非定向二维纳米通道的核壳结构纳米粒子，所述多孔支撑层厚度为20um～80um，所述纳米粒子粒径为10um～50um。其首先通过共混将纳米粒子加入铸膜液中制得多孔支撑层，然后通过界面聚合制备复合分离膜。纳米粒子镶嵌在厚度为20‑80um的多孔支撑层上，取代镶嵌在厚度为100nm左右的致密层上，保证了纳米粒子的稳固性，避免纳米离子脱落对膜性能的不可逆影响，同时多孔支撑层表面凸出的纳米离子伸入到致密层中，使纳米通道进出口恰好露出膜表面，更加有效地提高了膜材料的水通量和脱盐率。

技术领域

本发明属于分离膜制备改性技术领域，具体涉及一种镶嵌有核壳结构的分离膜结构及其制备方法。

背景技术

复合分离膜是指水处理过程中使用的反渗透膜和纳滤膜，这两种复合膜一般都有基底、多孔支撑层和致密层构成。基底用来提供机械强度，多孔支撑层用来为致密层提供支撑作用，通常与超滤膜类似。为了改善和提高现有复合膜的通量、抗菌或抗污染等多方面的性能，目前研究人员一般选择将具有纳米通道的二氧化硅、二氧化钛、纳米银、分子筛、水通道蛋白、碳纳米管、氧化石墨烯及其衍生物等纳米材料添加到致密层中，如中国专利CN101791522B公开了一种含碳纳米管的杂化反渗透复合膜及制备方法，将通过界面聚合法将碳纳米管加入到致密层中，在保持反渗透膜截留率的同时大大提高了膜的通量。然而由于复合膜的致密层厚度一般在100nm以下，其很难长时间固定厚度在微米级的纳米材料，一旦纳米材料脱落，复合膜的性能将受到很大影响。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，单层碳原子构成的石墨烯厚度仅有0.34nm，是目前世界上最薄且最坚硬的纳米材料，具有目前世界上最小的电阻率。氧化石墨烯是指石墨烯平面和边缘连接有含氧官能团，单层氧化石墨烯的厚度在0.8nm左右。通过自组装法制备氧化石墨烯膜可以构建二维纳米通道，虽然自组装氧化石墨烯膜具有一定的脱盐能力，但是膜的稳定性限制了其的发展。使用氧化石墨烯对压力驱动膜进行改性也得到了广泛关注，通过共混的方法提高分离膜的性能成为主要的方法，但共混法的局限在于仅仅利用了氧化石墨烯的纳米尺寸效应，改性方法与使用其他纳米材料改性所得到的效果类似，无法有效利用氧化石墨烯上含氧官能团的优异性能。公开号为CN102989330A的中国专利通过添加微量石墨烯，使用传统的界面聚合工艺制备聚合物/石墨烯杂化纳滤复合膜，石墨烯只是作为纳米添加材料，能在一定程度内提高纳滤膜的性能；类似的发明专利还有公开号为CN102989331A的中国专利和公开号为CN103338845A的中国专利，均使用传统界面聚合工艺，添加微量石墨烯改进膜的性能，无法利用石墨烯的二维结构特性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的在于解决氧化石墨烯分离膜稳定性差以及氧化石墨烯改性分离膜无法有效利用二维纳米通道的问题，将具有二维纳米通道的氧化石墨烯核壳结构镶嵌在复合膜中，提供一种既稳定又能有效利用氧化石墨烯二维纳米通道的镶嵌有核壳结构的分离膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有非定向纳米通道的复合分离膜，所述复合分离膜的多孔支撑层中镶嵌含有非定向二维纳米通道的核壳结构纳米粒子，所述多孔支撑层厚度为20μm～80μm，所述纳米粒子粒径为10μm～50μm。

上述镶嵌有非定向二维纳米通道核壳结构纳米粒子的复合分离膜的制备方法，包括如下步骤：