[发明专利]一种胺类聚合物与过渡金属硫化物自组装多孔纳滤膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种胺类聚合物与过渡金属硫化物自组装多孔纳滤膜的制备方法及其应用。由本发明制备出的PDA@MoS₂、PEI@MoS₂、PDA@TaS₂和PEI@TaS₂多孔膜与二维层状膜相比，在有机溶剂纳滤应用方面表现出显著提升的有机溶剂通量，同时保持优异的截留能力。

技术领域

本发明涉及一种胺类聚合物(聚多巴胺(PDA)、聚乙烯亚胺(PEI))与过渡金属硫化物(TMDs)纳米片(二硫化钼(MoS₂)、二硫化钽(TaS₂))自组装制备多孔膜的方法及其应用，属于膜分离技术领域。

背景技术

纳滤是一种重要的膜分离过程，广泛应用于海水淡化预处理、有机溶剂净化和精细化学品分离等领域。近年来，由于有机溶剂的大量使用，更严格的环境法规和日益增长的能源节约需求，使得有机溶剂纳滤(OSN)在化学工业中的应用越来越受到重视。有机溶剂纳滤膜是实现高效有机溶剂纳滤的核心部件之一。目前，TMDs二维层状膜，因其具有高分子渗透性、精细筛分、抗溶胀性和化学稳定性等独特优势而受到越来越多的关注。对于二维层状膜而言，层间通道的排列方式和尺寸直接决定了TMDs层状膜的分子传质行为和分离效率。然而，现有TMDs层状膜的层间通道主要是平行排列的，且纳米片之间紧密堆积，因此，TMDs二维层状膜表现出较低渗透通量(一般低于10L/(m²·h·bar))。

《先进-材料》(AdvancedMaterials，2022，2201416)报道了一种乙醇功能化的MoS₂膜的制备方法，通过锂插层法制得Li_xMoS₂，将其在有机卤化物溶液中超声裂解，得到功能化的有机卤化物MoS₂纳米片，最后通过真空辅助过滤的方法在多孔基底上制备MoS₂-ethanol功能化膜。虽然ethanol功能化的MoS₂膜对各种染料(罗丹明B、结晶紫、酸性品红、甲基橙和伊文思蓝)的截留率大于90％，但其水渗透通量仅有1.5～6.6L/(m²·h·bar)。

中国专利CN107486045B公布了一种MoS₂/聚电解质杂化纳滤膜的制备方法，该方法将聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)修饰在MoS₂纳米片表面，将预处理荷负电性的聚丙烯腈膜依次浸渍于含有PDDA表面修饰的纳米MoS₂的阳离子聚电解质溶液和阴离子电解质溶液中。重复上述操作2-8次，得到MoS₂/聚电解质杂化纳滤膜。该制备方法虽然增强了聚丙烯腈载体与MoS₂膜之间的作用力，提高了对染料分子的截留率，但是也增加了跨膜阻力，导致其渗透通量只有100L/(m²·h·bar)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种胺类聚合物与过渡金属硫化物自组装多孔纳滤膜(PDA/PEI@MoS₂/TaS₂)的制备方法及其应用，具有分离效率高、有机溶剂通量高、稳定性好等优点。

二维层状TMDs膜由于层间通道平行排列，且层间距过于狭小，不利于快速、高效的分子传质。本发明PDA/PEI@TMDs复合膜相较于二维TMDs层状膜拥有其疏松多孔的结构，能够缩短分子传输路径，在有机溶剂纳滤方面能够大幅度提高有机溶剂通量。

本发明胺类聚合物与过渡金属硫化物自组装多孔纳滤膜的制备方法之一，是将多巴胺(DPA)水溶液与过渡金属硫化物(TMDs)纳米片分散液共混，多巴胺在一定pH的tris-HCl缓冲液的环境下进行氧化自聚合，同时与过渡金属硫化物纳米片进行组装，耗时8-12h；进一步通过纳米组装技术将PDA@TMDs复合纳米片沉积在多孔基底膜上，即得到PDA@TMDs复合膜。

所述多巴胺水溶液的浓度为1-2mg/mL。