[发明专利]多孔纳米抗菌颗粒和复合正渗透膜的制备方法及复合正渗透膜

说明书

本发明公开了多孔纳米抗菌颗粒和复合正渗透膜的制备方法及复合正渗透膜。其中，多孔纳米抗菌颗粒的制备方法为：将四氯化钛加入水、加硫酸铵和浓盐酸搅拌；升温保温，加浓氨水，冷却；加入β‑环糊精搅拌，搅拌得胶液；再将胶液水热反应，得溶胶。将CuCl₂、十二烷基苯磺酸钠加入该溶胶中搅拌，再加入还原剂和纯水混合，得反应剂；将反应剂进行光诱导反应，制得铜包二氧化钛纳米颗粒；将该纳米颗粒洗涤，烘干后煅烧，制得多孔铜包二氧化钛纳米抗菌颗粒。利用该纳米抗菌颗粒制备的复合正渗透膜，水通量大、脱盐率高、抗细菌污染、易清洗，可广泛应用于污水处理，物料浓缩、碱水或海水的脱盐等领域。

技术领域

本发明涉及正渗透膜分离技术领域，具体涉及一种多孔铜包二氧化钛纳米抗菌颗粒和具有该纳米抗菌颗粒的复合正渗透膜的制备方法及其制备的复合正渗透膜。

背景技术

正渗透（FO）技术以其无需外加压力、能耗低、分离效率高、操作简单、容易放大等优点，在污水处理，海水淡化，溶液浓缩等领域显示出巨大的应用潜力。尤其在海水淡化，污水处理零排放等应用场合，相对于传统的RO和DTRO等高压高能耗的技术，正渗透无需外加压力的特点具有无可比拟的优势。目前为止，正渗透膜通量较低以及膜污染一直是制约正渗透技术发展的阻碍之一，也是急需解决的重要问题。

增加膜表面的亲水性是提高正渗透膜的膜通量的一个有效途径。许多研究者在膜材料中引入纳米陶瓷颗粒，可以提高膜的亲水性，有利于增加膜通量，但是对于正渗透膜却难以取得预期的效果。这主要是由于一般采用的纳米陶瓷颗粒都是实心结构，其颗粒尺寸与正渗透膜的孔径相当，因此当纳米颗粒复合进入正渗透膜结构中后，会堵塞正渗透膜的膜孔。结果是膜的表面接触角降低了，即膜表面亲水性提高了，但是水通量却呈现出下降的趋势。而且由于纳米颗粒与膜材料附着力差，纳米颗粒在长时间使用过程中会逐渐从膜孔或者膜表面脱落流失，造成膜表面的抗菌性能不断降低而易污染。

由于正渗透膜在应用过程中没有高压的作用，因此细菌等微生物引起的膜污染成为正渗透膜在水处理过程中污染的一个最重要组成部分，会导致膜的水通量和分离性能显著下降，需要定期不断的化学清洗或更换，严重影响膜的使用寿命和效率，增加了使用成本。因此，如何提高膜表面的抗菌性能，成为正渗透膜抗污染性能研发的重点。许多研究聚焦在膜表面加载抗菌性物质，构建具有抗菌性能的膜表面，从而有效减少生物污染。

抗菌材料主要包括无机、有机和天然高分子抗菌剂。其中无机抗菌剂的纳米银系抗菌剂的研究和应用最为广泛，市场占有率高。但欧美国家已经发现纳米银对人体健康存在安全风险，因此开始限制纳米银材料的相关应用。铜是人体需要的微量元素，而且在2008年3月，美国环境保护署(EPA)确认了铜能够杀灭有害的和可能致命的病菌，铜是唯一获得美国环境保护署(EPA)认证的金属抑菌材料，因此采用具有生物安全性的纳米铜系抗菌剂成为一个更加安全的选择。铜包二氧化钛新型纳米抗菌颗粒（如图1、3所示），由于具备长效金属离子释放效应，可以在无光条件下具备良好的抗菌防霉功能，是一种新型的具有生物安全性的纳米抗菌颗粒。但是其复合进入膜材料后，同样会阻塞膜孔径，在提高膜表面抗菌性能的同时会影响膜通量。

因此，如何克服现有正渗透膜无法兼顾膜表面抗菌性能好又具有膜通量大的缺陷是业界接待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有正渗透膜无法兼顾膜表面抗菌性能好又具有膜通量大的技术问题，提供一种水通量大、脱盐率高、抗细菌污染、易清洗以及抗菌颗粒不易脱落的多孔铜包二氧化钛纳米抗菌颗粒和复合正渗透膜的制备方法及其制备的复合正渗透膜。

本发明提供一种多孔铜包二氧化钛纳米抗菌颗粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将四氯化钛滴入冰水浴，同时搅拌，再滴加硫酸铵和浓盐酸的水溶液，并在第一设定温度以下搅拌得混合物；

步骤2：将所述混合物升温到第二设定温度，并保温1h后，加入浓氨水，调节pH值到5~7，冷却至室温，静置12h得二氧化钛溶胶；