一种纳米分离膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分离膜制备技术，尤其是涉及一种纳米分离膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米分离膜是指膜孔径为纳米级的分离膜。其主要物点是能在超低压0.4?
0.7MPa下运行，其透水率大于高压反渗透膜的1?2倍，对于分子量在200道尔顿左右的物质其截留率可达98%以上，如葡萄糖和果糖可达98% ;对硫酸镁可达98%，而对氯化钠其截留率与透水率成反比关系，从15%到85%不等。这种膜进水的含盐量要求低于lOOOmg/kg，主要用于水的软化，水中总有机碳的除去、水的脱色、油水分离，以及金属、蛋白质、酶的回收，糖的浓缩和氨基酸的纯化。
[0003]现有纳米分离膜的制备方法较多，其中之一是过滤组装法，将分散液沉积在多孔基底地上形成一层很薄的膜。但是，基底的孔径较大，要在基底上形成纳米级的薄膜尤其是很小的高分子或者纳米颗粒薄膜，是现有技术急需解决的技术难题之一。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种纳米分离膜的制备方法，制备简单，成膜效率高且分离膜的厚薄方便调节。
[0005]—种纳米分离膜的制备方法，其包括步骤:
[0006]将浓度为lwt%的枝化聚乙稀亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1: 1的体积混合，交联60-240分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液；
[0007]将适量的氢氧化镉纳米线溶液倒在基底的表面，氢氧化镉纳米线沉积在基底上，氢氧化镉纳米线在过滤过程中相互堆积形成表面平整且厚度为160?240nm的纳米线多孔薄膜；
[0008]取上述交联后的聚乙烯亚胺溶液稀释在100?500倍的去离子水中，然后将稀释后的聚乙烯亚胺溶液倒在纳米线多孔薄膜的表面，沉积2-6小时，干燥后，使用10-15mmol/L强酸溶液溶解除去纳米线多孔薄膜，从而在基底上形成具有分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜。
[0009]其中，基底为聚碳酸酯多孔膜。
[0010]其中，纳米线多孔薄膜上孔洞的孔径分布在4-10nm。
[0011]其中，通过调节稀释后的聚乙烯亚胺溶液的浓度即可调节制备得到的分离膜的厚度。
[0012]其中，将0.35mmol/L的氯化镉溶液与0.7mmol/L的乙二胺溶液按1:1的体积混合，室温下搅拌10分钟制备得到氢氧化镉纳米线溶液。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0014]本申请借助在基底上形成的多孔薄膜作为支撑膜，在多孔薄膜上沉积聚乙烯亚酰胺溶液，最后通过强酸溶液溶解除去支撑膜，形成具有高效分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜，且通过改变稀释后的聚乙烯亚酰胺溶液的浓度即可调节制备得到的分离膜的厚度。本申请制备简单，成膜效率高，制备的分离膜可快速分离水溶液中5nm及以上的颗粒，且分离速度交现有分离膜提供5-10倍，具有分离速度快且分离效果佳的优点。
【具体实施方式】
[0015]本申请提出一种纳米分离膜的制备方法，利用大孔径的基底(本申请以“聚碳酸酯多孔膜”作为基底来说明，当然也可以采用本领域技术人员熟知的其他基底)过滤氢氧化镉纳米线溶液，氢氧化镉纳米线沉积在聚碳酸酯多孔膜上形成可去除的支撑膜，在支撑膜上沉积聚乙稀亚胺(Polyethyleneimine，PEI)溶液，去除支撑膜后，形成具有高效分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜。
[0016]本申请包括如下步骤:(1)将0.35mmol/L的氯化镉溶液与0.7mmol/L的乙二胺溶液按1:1的体积混合，室温下搅拌10分钟制备得到氢氧化镉纳米线溶液。(2)将浓度为lwt%的枝化聚乙烯亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1:1的体积混合，交联60-240分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液。(3)以聚碳酸酯多孔膜作为基底，将适量的氢氧化镉纳米线溶液倒在聚碳酸酯多孔膜的表面，氢氧化镉纳米线沉积在聚碳酸酯多孔膜上，氢氧化镉纳米线在过滤过程中相互堆积形成孔洞的孔径分布在4-10nm、厚度为160?240nm的纳米线多孔薄膜(即支撑膜)，该纳米线多孔薄膜的表面平整。(4)取上述交联后的聚乙烯亚胺溶液稀释在100?500倍的去离子水中，然后将稀释后的聚乙烯亚胺溶液倒在支撑膜的表面，用上述支撑膜过滤，聚乙烯亚胺溶液在上述支撑膜的表面沉积2-6小时，干燥后，使用10-15mmol/L强酸溶液(比如盐酸、硫酸或硝酸)洗掉上述支撑膜，从而在基底上形成具有高效分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜。并且，通过调节稀释后的聚乙烯亚胺溶液的浓度即可调节制备得到的分离膜的厚度。越厚的分离膜对颗粒越小的颗粒截留能力越高，但分离速度降低。
[0017]其中，有关氢氧化镉纳米线的制备为现有技术，本申请不进行详细描述。
[0018]实施例1
[0019]将浓度为lwt%的枝化聚乙稀亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1:1的体积混合，交联60分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液。在基底上制备厚度为160nm的氢氧化镉纳米线的纳米线多孔薄膜(即支撑膜)。取20 μ L的聚乙烯亚胺溶液稀释到10mL的去离子水，然后倒在支撑膜的表面，过滤并沉积2小时后，干燥后，使用lOmmol/L的硫酸溶解上述支撑膜，得到平均厚度为120nm的聚乙烯亚酰胺的分离膜。
[0020]对上述制备的分离膜，采用2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒溶液分别进行过滤测试，测试结果显示，上述平均厚度为120nm的聚乙稀亚酰胺的分离膜，对2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒的截留能力分别是12%、29%及100%。并且，与相同分离能力(即相同截留能力)的现有分离膜相比，本实施例的分离膜的分离速度是现有分离膜的12倍。
[0021]实施例2
[0022]将浓度为lwt%的枝化聚乙烯亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1: 1的体积混合，交联120分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液。在基底上制备厚度为240nm的氢氧化镉纳米线的纳米线多孔薄膜(即支撑膜)。取40 μ L的聚乙烯亚胺溶液稀释到10mL的去离子水，然后倒在支撑膜的表面，过滤并沉积6小时后，干燥后，使用15mmol/L的硝酸溶解上述支撑膜，得到平均厚度为230nm的聚乙烯亚酰胺的分离膜。
[0023]对上述制备的分离膜，采用2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒溶液分别进行过滤测试，测试结果显示，上述平均厚度为120nm的聚乙稀亚酰胺的分离膜，对2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒的截留能力分别是53%、89%及100%。并且，与相同分离能力(即相同截留能力)的现有分离膜相比，本实施例的分离膜的分离速度是现有分离膜的8倍。
[0024]实施例3
[0025]将浓度为lwt%的枝化聚乙烯亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1:1的体积混合，交联120分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液。在基底上制备厚度为200nm的氢氧化镉纳米线的纳米线多孔薄膜(即支撑膜)。取100 μ L的聚乙烯亚胺溶液稀释到10mL的去离子水，然后倒在支撑膜的表面，过滤并沉积4小时后，干燥后，使用12mmol/L的盐酸溶解上述支撑膜，得到平均厚度为420nm的聚乙烯亚酰胺的分离膜。
[0026]对上述制备的分离膜，采用2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒溶液分别进行过滤测试，测试结果显示，上述平均厚度为120nm的聚乙稀亚酰胺的分离膜，对2nm、3nm和5nm的铜纳米颗粒的截留能力分别是86%、93%及100%。并且，与相同分离能力(即相同截留能力)的现有分离膜相比，本实施例的分离膜的分离速度是现有分离膜的5倍。
[0027]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纳米分离膜的制备方法，其特征在于，包括步骤: 将浓度为lwt%的枝化聚乙烯亚胺水溶液与浓度为2.5wt%的戊二醛水溶液按1:1的体积混合，交联60-240分钟后，获得戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液； 将适量的氢氧化镉纳米线溶液倒在基底的表面，氢氧化镉纳米线沉积在基底上，氢氧化镉纳米线在过滤过程中相互堆积形成表面平整且厚度为160?240nm的纳米线多孔薄膜； 取上述交联后的聚乙烯亚胺溶液稀释在100?500倍的去离子水中，然后将稀释后的聚乙烯亚胺溶液倒在纳米线多孔薄膜的表面，沉积2-6小时，干燥后，使用10-15mmol/L强酸溶液溶解除去纳米线多孔薄膜，从而在基底上形成具有分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜。2.根据权利要求1所述一种纳米分离膜的制备方法，其特征在于，基底为聚碳酸酯多孔膜。3.根据权利要求1所述一种纳米分离膜的制备方法，其特征在于，纳米线多孔薄膜上孔洞的孔径分布在4-10nm。4.根据权利要求1所述一种纳米分离膜的制备方法，其特征在于，通过调节稀释后的聚乙烯亚胺溶液的浓度即可调节制备得到的分离膜的厚度。5.根据权利要求1所述一种纳米分离膜的制备方法，其特征在于，将0.35mmol/L的氯化镉溶液与0.7mmol/L的乙二胺溶液按1:1的体积混合，室温下搅拌10分钟制备得到氢氧化镉纳米线溶液。
【专利摘要】本发明公开一种纳米分离膜的制备方法，其包括步骤：制备戊二醛交联的聚乙烯亚胺溶液；在基底上制备厚度为160～240nm的纳米线多孔薄膜；取上述交联后的聚乙烯亚胺溶液稀释在100～500倍的去离子水中，然后将稀释后的聚乙烯亚胺溶液倒在纳米线多孔薄膜的表面，沉积2-6小时，干燥后，使用10-15mmol/L强酸溶液溶解除去纳米线多孔薄膜，从而在基底上形成具有分离纳米颗粒的聚乙烯亚酰胺的分离膜。本申请制备简单，成膜效率高，制备的分离膜具有高效分离水溶液中颗粒的能力，具有广泛的推广应用前景。
【IPC分类】B01D69/10, B01D67/00, B01D71/60
【公开号】CN105413479
【申请号】CN201510926321
【发明人】熊菊莲
【申请人】熊菊莲
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月11日