[发明专利]一种改性云母片-纳米纤维素复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性云母片‑纳米纤维素复合纳滤膜及其制备方法。本发明将纳米纤维素溶液和改性云母分散液按一定比例混合均匀，真空抽滤在预先处理好的PAN基膜上，干燥后，得改性云母片‑纳米纤维素复合纳滤膜。纳米纤维素与改性云母片结合紧密，分布均匀，从而形成了稳定的一体结构，同时避免了纤维素溶胀堵塞孔道，该复合膜内部具有规则且直的层间通道，良好的水通量，能够实现染料与盐的高选择性分离，能截留分子量小于1000Da的染料，同时具有良好的耐酸碱性能和高的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种改性云母片-纳米纤维素复合纳滤膜及其制备方法，属于功能性材料膜制备技术领域。

背景技术

在纺织工业中，大量含染料和盐类废水的排放已成为全球关注的问题，因为许多染料在自然界中具有毒性和不可降解性，对水生生态系统和人体健康造成严重破坏。同时，随着世界经济和社会的快速发展，对水质和可持续用水的需求也在不断增加。在这种背景下，纺织废水的净化与回用就显得十分必要。通过膜分离技术对印染废水进行处理，实现染料与盐的选择性分离，即含盐透过液的回用与浓缩液染料的回收，同时达到环境保护与资源回收利用的目的，是分离膜在印染领域应用的研究重点。

云母是一种常见的层状结构硅酸盐天然矿物，通过液相辅助超声剥离法将天然云母成功剥离成二维纳米云母片。制备而成的纳米级云母片层具有良好的2D层状结构、一定的刚性、优异的亲水性、且无环境污染，是构建膜的优秀材料。纳米云母片的二维片层结构使得云母膜内构建了规则且直的层间通道，实现了溶剂的高渗透性和分离；材料物化性质稳定且具备一定的刚性，所以孔道不易变形、不易溶胀有利于膜的长期稳定运行，在膜分离领域同样展现出巨大的应用潜力。

中国专利文献CN112717709A公开了一种高通量、高稳定性掺杂二维云母的超滤膜的制备方法，本发明将二维纳米级云母片掺杂进聚合物连续相中制得铸膜液，将铸膜液置于玻璃板上进行刮膜，最终得到混合基质膜；本发明的超滤膜结合了有机和无机材料各自的优良性质，二维纳米级云母片固有的亲水性和刚性提高了混合基质膜的通量和机械强度及耐酸碱稳定性；虽然该超滤膜具有高的通量和稳定性，但是截盐和分离染料的能力差。

纳米纤维素是地球上最为丰富的生物质资源，具有易降解、可再生、无毒性且廉价易得等优点，其优异的机械特性在能源存储、智能驱动和生物医学等领域展现出广泛的应用潜力，有望代替传统石化资源并用于生产各种高附加值先进功能材料。利用纳米纤维素这种绿色原料的界面粘合作用来组装得到异质膜的策略，也符合人类社会的可持续发展需要，但是纳米纤维素容易溶胀，会导致膜的通量降低。

随着国家对废水排放要求越来越高，绿色环保与资源循环利用的理念深入人心。对于染料类废水处理，如何进一步实现膜的高通量、选择性分离盐与染料一直是本领域研究人员面临的问题。

因此，有必要研发一种具有高的水通量又能够选择性分离盐与染料同时具有优异的稳定性的纳滤膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种改性云母片-纳米纤维素复合纳滤膜及其制备方法。本发明的复合膜具有高的水通量，能够实现染料与盐的高选择性分离，能截留分子量小于1000Da的染料，同时具有良好的耐酸碱性能和高的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种改性云母片-纳米纤维素复合纳滤膜，包括依次层叠的基膜和位于基膜一侧的功能层，功能层包括改性云母片和纳米纤维素，纳米纤维素包裹着改性云母片，改性云母片为经聚乙烯亚胺(PEI)改性过的二维纳米云母片，纳米纤维素为TEMPO氧化型CNFS纳米纤维素。

上述改性云母片-纳米纤维素复合纳滤膜的制备方法，包括步骤如下：

(1)纳米纤维素溶液的制备

将纳米纤维素凝胶缓慢加入去离子水中磁力搅拌至凝胶物质充分溶解，制备得到纳米纤维素溶液；

(2)改性云母片分散液的制备