一种含有复合纳米粒子的复合纳滤膜及制备方法_2

文档序号:9360605阅读:来源:国知局
改性的纳米二氧化硅粒径为3-50nm,,可在有机相中良好分散。本发明中所采 用的纳米二氧化硅为现有技术中通常的有机改性纳米二氧化硅,市售产品既可。
[0020] 本发明将有机改性的凹凸棒土和经过有机改性的纳米二氧化硅直接加入到有机 相中,通过短时间的搅拌和超声处理后,复合纳米粒子能很好的分散在有机相中,其中纳米 二氧化硅能吸附在凹凸棒土表面,使得凹凸棒土的分散性得到改善,减少了无机纳米粒子 与聚酰胺间的界面缺陷,改善了膜的分离性能使得制得的纳滤膜水通量有很大提高。
[0021] 本发明的目的之二是提供一种含有复合纳米粒子的复合纳滤膜的制备方法。
[0022] 包括以下步骤:
[0023] (1)将多孔支撑基膜与含有两个或两个以上反应性氨基化合物的水相溶液接触;
[0024] (2)除去经过水相浸润后的多孔支撑基膜表面多余的水相溶液;
[0025] (3)将经过步骤(2)处理后的多孔支撑基膜与含有两个或两个以上酰氯基的酰氯 化合物和经过提纯、有机改性的凹凸棒土、纳米二氧化硅的有机相溶液接触;
[0026] (4)热处理、水洗后制得所述含复合纳米粒子的复合纳滤膜;
[0027] 所述的多孔支撑基膜是聚砜多孔支撑基膜、聚醚砜多孔支撑基膜、磺化聚醚砜多 孔支撑基膜、聚丙烯多孔支撑基膜中的一种;截留分子量为3-5万;
[0028] 所述含有两个或两个以上反应性氨基化合物为芳香族、脂肪族、脂环族的多官能 胺、多元醇胺中的至少一种;
[0029] 优选:
[0030] 所述芳香族多官能胺为间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、1,3, 5-三氨基苯、 1,2, 4-三氨基苯、3, 5-二氨基苯甲酸、2, 4-二氨基甲苯、2, 4-二氨基苯甲醚、阿米酚、苯二 甲基二胺中的至少一种;所述脂肪族多官能胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、三(2-氨 乙基)胺、二乙烯三胺中的至少一种;所述脂环族多官能胺为1,2-二氨基环己烷、1,4-二 氨基环己烷、哌嗪、1,3-双哌啶基丙烷、4-氨基甲基哌嗪中的至少一种;所述多元醇胺为乙 醇胺、二乙醇胺、己二醇胺、二甘醇胺中的至少一种;以上多官能胺可以使用1种,也可以并 用2种以上。
[0031] 所述含有两个或两个以上酰氯基的酰氯化合物为芳香族、脂肪族、脂环族的多官 能酰氯化合物的至少一种;
[0032] 优选:
[0033] 所述芳香族多官能酰氯化合物为对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、联 苯二甲酰氯、苯二磺酰氯、均苯三甲酰氯中的至少一种;所述脂肪族多官能酰氯化合物为丁 三酰氯、丁二酰氯、戊三酰氯、戊二酰氯、己三酰氯、己二酰氯、癸二酰氯、癸三酰氯中的至少 一种;所述脂环族多官能酰氯化合物为环丙烷三酰氯、环丁烷二酰氯、环丁烷四酰氯、环戊 烷二酰氯、环戊烷三酰氯、环戊烷四酰氯、环己烷二酰氯、环己烷三酰氯、环己烷四酰氯、四 氢呋喃二酰氯、四氢呋喃四酰氯中的至少一种。以上多官能酰氯可以使用1种,也可以并用 2种以上。为了得到高截盐率的功能层,更优选使用芳香多官能酰氯。
[0034] 所述有机相溶液的有机溶剂为正己烷、环己烷、三氟三氯乙烷、正庚烷、正辛烷、甲 苯、乙苯、ISOPAR溶剂油中的至少一种;
[0035] 所述水相溶液中含有两个或两个以上反应性氨基的化合物的浓度为l_30g/L ;
[0036] 水相溶液中还可以含有本领域内通常采用的表面活性剂、酸吸收剂以及其它有利 于促进界面聚合反应的酰化催化剂等;
[0037] 所述表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性 剂,例如可以选择十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、月桂酸磺 酸钠、曲拉通-100、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种;
[0038] 所述酸吸收剂为三乙胺、碳酸钠、碳酸氢二钠、磷酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的至 少一种。
[0039] 所述表面活性剂的浓度优选为l_5g/L ;所述酸吸收剂的浓度优选为l-10g/L。
[0040] 所述有机相溶液中含有两个或两个以上酰氯基的酰氯化合物的浓度为0. 5-5g/ L ;
[0041] 有机相溶液中复合纳米粒子的含量为0. 01-lg/L,凹凸棒土与纳米二氧化硅的比 例为 10/90-90/10。
[0042] 方法步骤中接触时间优选为5-120秒;
[0043] 热处理温度优选为30_120°C,热处理时间优选为1-10分钟。
[0044] 凹凸棒土经过有机改性可提高其在有机溶液中的分散性。其有机改性包括提纯和 有机改性两个步骤。提纯和改性可采用现有技术中通常的提纯和改性的方法。
[0045] 本发明中,凹凸棒土的提纯可按以下步骤进行:
[0046] (1)将一定量的凹凸棒土放入马弗炉中,在400°C下焙烧30分钟;
[0047] (2)将上述焙烧好的凹凸棒土放入球磨机中,在500rpm下球磨3h ;
[0048] (3)称取一定量上述处理的凹凸棒土,加入蒸馏水后使凹凸棒土质量浓度为 10%,然后加入一定量的分散剂六偏磷酸钠,机械搅拌Ih;
[0049] (4)超声波处理30分钟;
[0050] (5)然后通过离心机在12000r/min下进行离心处理;
[0051] (6)弃去上层液,在80°C烘箱中干燥;
[0052] (7)将以上提纯好的凹凸棒土放在干燥器中储存以备改性。
[0053] 季铵盐改性凹凸棒土的方法可按以下步骤进行:
[0054] (1)称取一定量已经提纯的凹凸棒土,加入蒸馏水使其质量浓度达到10%,加入 一定量(质量为凹凸棒土质量的10% )的十六烷基三甲基溴化铵;
[0055] (2)在70°C、500rpm下,磁力搅拌反应2小时;
[0056] (3)上述反应液通过离心(12000r/min)处理一定时间后,弃去上层清液;
[0057] (4)改性后的凹凸棒土放入80°C烘箱烘干,冷却后用研钵研磨备用。
[0058] 偶联剂改性凹凸棒土的方法可按以下步骤进行:
[0059] (1)称取一定量已经提纯的凹凸棒土,放入四颈圆底烧瓶中,加入一定量的二甲 苯,搅拌使凹凸棒土均匀分散于二甲苯中;
[0060] (2)缓慢滴加硅烷偶联剂KH-550,60°C搅拌回流4h ;
[0061] (3)抽滤,依次用二甲苯、乙醇、蒸馏水洗涤;
[0062] (4)改性后的凹凸棒土放入80°C烘箱烘干,冷却后用研钵研磨备用。
[0063] 本发明的复合纳滤膜具体可以通过下述技术方案实现:
[0064] (1)首先,将多孔支撑基膜与含有两个或两个以上反应性氨基化合物的水相溶液 接触,接触时间为5-120秒;
[0065] (2)经过水相溶液浸润后多孔支撑基膜用橡胶辊滚压,除去多余的水溶液;
[0066] (3)经过步骤2处理的多孔支撑基膜与含有两个或两个以上反应性酰氯基的酰氯 化合物和有机改性的凹凸棒土-纳米二氧化硅复合纳米粒子有机相溶液接触5-120秒; [0067] (4)最后将上述膜放入30_120°C的烘箱中热处理1-10分钟,经过水洗后即得到复 合纳滤膜。所制备的复合纳滤膜功能层中含有有机改性的凹凸棒土和纳米二氧化硅纳米粒 子。
[0068] 与现有技术相比,本发明采取将有机改性的凹凸棒土和纳米二氧化硅分散在有机 相中,通过界面聚合法将有机改性的凹凸棒土-纳米二氧化硅复合纳米粒子负载到复合纳 滤膜的功能层中。所使用的有机改性的凹凸棒土和纳米二氧化硅可以均匀分散于有机溶液 中,并且纳米二氧化硅颗粒吸附在凹凸棒土表面,起到隔离作用,有利于凹凸棒土在膜表面 的分散;同时有机改性凹凸棒土的有机功能基团可以增强复合纳米粒子与聚酰胺膜之间的 相互作用力,从而减少了无机纳米粒子与聚酰胺间的界面缺陷,改善了膜的分离性能;制备 含有
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