[发明专利]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

说明书

本发明提供了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，首先制备酸活化黑滑石纳米材料，再将其掺入多元胺水相溶液在高分子多孔支撑层上与多元酰氯单体的有机相溶液进行界面聚合制备复合正渗透膜；黑滑石层状纳米材料引入聚酰胺层能有效调节PA层表面结构，提高渗透通量，酸活化会引起粘土颗粒的解体，导致表面积和孔径的增加，同时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，通过添加酸活化黑滑石纳米材料改性的复合正渗透膜有效降低了正渗透过程中浓差极化的问题，提高正渗透膜的水通量，并且保证了正渗透膜具有高截留率。

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及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。

背景技术

水污染和水资源短缺已经成为全球性的挑战，水资源的匮乏已成为制约社会进步和经济发展的关键因素。膜技术在解决资源型缺水、能源结构调整与新能源开发、水环境保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。

相比于反渗透技术在海水淡化工程中的广泛应用，正渗透技术还不够成熟，可行性不强。因此正渗透过程要取代传统压力驱动型膜过程需要对正渗透膜进行进一步研究使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。

层状粘土是一类重要的矿物原料，通常由水合硅酸盐组成，也可由硅、铝、镁等金属氧化物组成。得益于层状粘土比表面积大、离子交换容量高、片层和层间域化学组成易调控等优点，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

为了解决现有聚酰胺复合正渗透膜膜通量较低且存在严重的浓差极化现象的缺陷，本发明提供了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。

本发明的技术方案如下：

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，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℃(优选90℃)下回流4～8h，之后离心，洗涤，干燥(在120℃真空烘箱中干燥)，得到酸活化黑滑石纳米材料；

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，优选40～50mL/g；

所述黑滑石纳米材料按如下方法获得：将来源于江西省上饶市广丰区的黑滑石原料进行600r/min湿法球磨5～10h，水洗，离心干燥，得到黑滑石纳米颗粒，所得黑滑石纳米颗粒于常温(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)；