[发明专利]基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜及其制备方法与应用，该多层复合膜包括支撑层以及依次设置于支撑层上的中间层和皮层；支撑层为孔径在0.1μm‑10μm的多孔膜；中间层为多巴胺改性石墨相氮化碳；皮层由水相单体和有机相单体经聚合、交联得到。本发明将具有类石墨烯层状结构和丰富分子内孔道的二维纳米石墨相氮化碳(gCN)被多巴胺改性后作为中间层引入多层复合膜结构，同步构建可快速传输小分子的2D通道和可控界面环境，实现用于分离膜性能定制化调控，为构建高性能分离膜提供全新策略。

技术领域

本发明属于分离膜技术领域，涉及污水处理用分离膜，尤其涉及同时兼具高水通量、优异分离性能的复合分离膜技术。

背景技术

膜分离技术是一种新兴的新型高效、环保的分离技术，近年来，随着膜分离技术在国内的不断发展和进步，使得现代高科技的膜分离技术已在水处理领域中得到了广泛成功应用。但随着废水中成分日趋复杂，多种酸碱物质及有机物质对分离过程中膜的污染和损害逐渐增大，膜污染问题已不容小觑。因此，在废水处理时，对分离膜的性能要求逐渐提高，以保证分离膜的分离效果和使用寿命。而传统分离膜受现有技术的限制，很难同时实现高选择性和高通量。

专利申请号为CN202111338165.6公开了一种纳滤膜及其制备方法方法和应用，包括如下步骤:提供多孔超滤膜；将第一溶液置于多孔超滤膜的表面，于多孔超滤膜表面形成聚多巴胺层；其中，第一溶液包括多巴胺、第一助剂以及第一溶剂；将第二溶液置于聚多巴胺层远离多孔超滤膜的表面并进行热处理，于聚多巴胺层表面形成带有负电荷的高聚物层，得到纳滤膜；其中，第二溶液包括高分子聚合物、第二助剂以及第二溶剂，且高分子聚合物的分子链上含有阴离子。此技术应用于废水处理中纳滤膜水通量低(2.8LMH/bar-12.4LMH/bar)，水通量低容易造成膜污染和浓差极化现象，存在渗透性-选择性权衡(trade-off)的问题，即染料截留率高时水通量较低。导致上述缺点的原因是将聚多巴胺层作为功能层，形成的膜孔径较小，可以较好地截留盐离子，但同时造成水通量急剧降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜，在对复合膜亲水性进行改善的同时，实现对废水体系中污染物的精确分离，以解决现有技术中废水分离膜存在的水通量与分离性能难以兼顾而带来的渗透性-选择性权衡问题，并进一步提升复合膜的抗污染性能，延长复合膜的使用寿命。

本发明的另一目的在于提供基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜在污水处理中的应用。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现。

本发明的发明思路为，利用多巴胺对二维类石墨相氮化碳(gCN)纳米片层进行改性以增强复合膜亲水性，以gCN作为复合膜中间层，利用其纳米片层间通道和gCN分子内部结构实现废水体系中的污染物的精确分离过程。以解决现有技术中应用于废水处理的通量低、分离性能差、膜抗污染性能差、渗透性-选择性权衡的问题。

本发明提供的基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜，其包括支撑层以及依次设置于支撑层上的中间层和皮层；所述中间层材质为多巴胺改性石墨相氮化碳；所述支撑层为孔径在0.1μm-10μm的多孔膜；所述皮层由水相单体和有机相单体经聚合、交联得到。

上述基于改性石墨相氮化碳的多层复合膜，所述支撑层材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚砜，聚醚砜，聚丙烯腈和醋酸纤维素等中的一种。