[发明专利]一种纳米复合醋酸纤维素正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合醋酸纤维素正渗透膜及其制备方法，该正渗透膜包括：多孔支撑层和包含ZIFs纳米材料的醋酸纤维素致密分离层，本发明还提供了一种制膜技术，即在非溶剂致相分离成膜的同时利用原位反扩散的方法将纳米粒子添加至膜中，纳米粒子为正渗透膜提供了更多的水通道，降低了传质阻力和曲折度，解决了现有的正渗透膜不能同时具备高水通量和高截留率的问题，并提供了正渗透膜一定的耐压性能，本发明所述正渗透膜可用于急救水袋、果汁浓缩、海水淡化、工业废水处理等领域。

技术领域

本发明涉及膜分离领域，具体涉及一种通过原位反扩散技术引入ZIFs纳米材料改性醋酸纤维素正渗透膜，以及该正渗透膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着全球人口增长、工业化的快速推进以及可利用淡水资源不断被破坏，水资源短缺已经成为一个严峻的全球性问题。膜技术在废水处理和海水淡化等方面备受关注。正渗透是一种新兴的膜分离技术，利用膜两侧溶液(原料液和汲取液)的渗透压差作为驱动力，使水从低渗透压区域通过半透膜转移至高渗透压区域，从而实现原料液脱水浓缩。因其能耗低、膜污染小、对膜材料结构稳定性要求较低等特点，逐渐成为未来膜技术应用的主流。然而，浓差极化的存在极大削弱了正渗透膜分离层两侧的实际渗透压，限制了正渗透技术性能的发挥。其中，相对于外浓差极化，内浓差极化对正渗透的性能影响更大，极大降低了分离层两侧的有效渗透压。由于内浓差极化产生于膜的多孔支撑层内，且多孔支撑层中汲取液溶质主要以分子扩散的形式存在，受膜支撑层外部水利条件影响较小，极难消除。

随着纳米技术的发展，许多新型功能性纳米材料被应用于正渗透膜中以提高膜的正渗透性能。金属有机骨架(metal organic framework,MOF)是由金属离子和有机配体配位而成的一类具有超大比表面积和高孔容的新型多孔材料。沸石咪唑骨架(ZIFs)是由二价过渡金属阳离子与有机咪唑连接物组成的微孔金属有机骨架(MOF)的一个子类。与无机填料相比，ZIFs与有机聚合物之间拥有更强的亲和力，正是由于两相间良好的相容性这一特性，通过引入ZIFs纳米材料可以在不损失膜的选择性的情况下改善水通量等性能。将纳米填料均匀负载在膜上，可提升膜的水通量，降低内部浓差极化等。因此，通过引入纳米粒子来增加正渗透膜的正渗透性能是重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型纳米复合醋酸纤维素正渗透膜及其制备方法与应用。主要解决了现有的正渗透膜不能同时具备高水通量和高截留率的问题。本发明旨在改性致密分离层结构，通过在非溶剂致相分离生成致密分离层的同时利用原位反扩散技术生长沸石咪唑骨架材料(ZIFs)，制备了一种新型的正渗透膜。

本发明的高性能纳米复合醋酸纤维素正渗透膜既保证了高水通量和良好截盐率，同时还具有一定的机械强度、耐溶剂性及抗污染性，可以用于急救水袋、果汁浓缩、海水淡化或工业废水处理领域中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种纳米复合醋酸纤维素正渗透膜，包括：多孔支撑层、掺杂ZIFs纳米材料的醋酸纤维素致密分离层；

所述多孔支撑层是由聚酯、聚酰胺、聚醚砜或聚烯烃等聚合物中的一种或多种组成的纤维无纺布或纺织材料；

所述掺杂ZIFs纳米材料的醋酸纤维素致密分离层是通过非溶剂致相分离同时原位反扩散技术形成；

所述醋酸纤维素致密分离层中所使用的聚合物包括：醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素中的任意一种或其中两种质量比为1:1～1:4的混合物；

所述ZIFs纳米材料包括ZIF-5、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-11、ZIF-67、ZIF-90等ZIFs材料中的一种或多种。

一种纳米复合醋酸纤维素正渗透膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将醋酸纤维素加入到由1,4-二氧六环、甲醇、丙酮和L-乳酸组成的铸膜液溶剂中，在40～80℃下搅拌溶解，然后经超声，静置脱泡(3小时以上)，得到铸膜液，备用；