一种高通量陶瓷基复合纳滤膜的制备方法

本发明专利涉及分离膜材料，具体为高通量陶瓷基复合纳滤膜的制备方法。

背景技术：

1、纳滤膜技术已广泛应用于污水处理、制药及食品加工等领域。纳滤膜的膜孔径通常为1~2 nm，因此能有效截留分子量在200~1000 da之间的小分子溶质，如抗生素、蔗糖和部分染料分子。此外，纳滤膜表面通常因羧基、氨基等官能团而带有电荷，使其对多价离子表现出较高的截留率，而对单价离子的截留率较低。这一独特的分离特性，源于孔径筛分与道南效应的协同作用，使得纳滤膜在允许单价盐大部分透过的同时，能高效截留二价及以上离子。基于这一特性，纳滤膜在工业上还可用于多价离子与单价离子的分离，例如在卤水精制、乳清脱盐和染料脱盐等工艺中，实现有价组分的回收与纯化，具有显著的节能和环保优势。

2、将聚酰胺膜与陶瓷超滤膜结合制备的复合膜具有良好的分离性能和稳定性，然而其过低的通量限制了在工业领域的应用。膜表面的褶皱结构能够增大膜的有效过滤面积，从而有利于提升通量。基于此，本发明通过在水相中添加各种溶胶，以在复合膜表面构建更丰富的褶皱结构，从而实现通量的增大。具体而言，在界面聚合过程中，水相中分散的溶胶纳米粒子可以干扰哌嗪与均苯三甲酰氯在界面处的均匀扩散与反应，诱导形成更为显著的峰谷状褶皱形貌。与未添加溶胶的常规复合膜相比，这种褶皱结构大幅增加了膜的有效过滤面积。另一方面，在界面聚合反应时嵌入聚酰胺膜的溶胶颗粒可以增强复合膜整体的亲水性，进一步提升水通量。同时，由于褶皱的形成主要改变膜的表面形貌，而分离层自身的交联度与致密性并未被削弱，因此截留性能能够基本维持不变。该方法操作简便，无需改变主要工艺条件，即可获得兼具高通量、高截留率与优异稳定性的陶瓷基复合纳滤膜，有效克服了现有复合膜通量低的应用瓶颈。

技术实现思路

1、本发明针对当前陶瓷基复合膜通量较低的现状，提出一种通过在水相中添加少量纳米颗粒溶胶来增加复合膜表面褶皱结构的方法，从而在尽量不影响截留率的前提下，有效提升复合膜的通量。

2、实现本发明目的的技术解决方案，一种高通量陶瓷基复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、将孔径为0.01~0.5 μm管式陶瓷膜在酸溶液（1 mol/l）中浸泡12 h，去除其表面和孔隙中的无机杂质，在将处理好的管式陶瓷膜在乙醇中浸泡12 h，去除其表面和孔隙中的有机杂质，最后将该管式陶瓷膜用去离子水中清洗3次及以上，去除其表面和孔隙中的多余的酸和醇；

4、步骤2、将步骤1处理后的管式陶瓷膜浸泡在盐酸多巴胺和纳米颗粒溶胶的水溶液中1~12 h；

5、步骤3、将一定浓度的哌嗪溶于去离子水中得到水相溶液；一定浓度的均苯三甲酰氯溶于正己烷、环己烷或异构烷烃中得到有机相溶液；

6、步骤4、将步骤2处理后的管式陶瓷膜浸泡在水相溶液中0.1~12 h，自然风干1~180min；

7、步骤5、将步骤4得到的管式碳化硅陶瓷膜浸泡在有机相溶液中1~180 min，10~80℃下干燥1~180 min， 得到高通量陶瓷基复合纳滤膜；

8、作为优选，上述制备方法的步骤1中，所述的陶瓷膜是氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硅和碳化硅中的一种或一种以上的复合陶瓷膜。

9、进一步作为优选，上述制备方法的步骤1中，所述的陶瓷膜是氧化铝和碳化硅。

10、作为优选，上述制备方法的步骤2中，所述的纳米颗粒溶胶是氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、硅酸铝、硅酸锆、硅酸钛溶胶中的一种或一种以上的复合溶胶，所述的溶胶浓度为0~10 wt%。

11、作为优选，上述制备方法的步骤1中，所述的陶瓷膜孔径范围0.01~0.5 μm。

12、作为优选，上述制备方法的步骤2中，所述的哌嗪的浓度为1~3 g/l。

13、作为优选，上述制备方法的步骤3中，所述的均苯酰氯的浓度为2~4 g/l。

14、作为优选，上述制备方法的步骤2中，所述的盐酸多巴胺的浓度为1~7 g/l。

15、本发明具有以下有益效果：

16、该方法依靠在水相中添加一定浓度的纳米颗粒溶胶，增大聚酰胺膜的褶皱结构，在不影响膜截留性能的前提下提高陶瓷复合纳滤膜的通量；

17、该方法制备的高通量陶瓷基复合纳滤膜，制备方法简单、制备条件温和、制备成本低；

18、该方法制备的高通量陶瓷基复合纳滤膜，其基底是多孔陶瓷材料，具有高的耐温性、搞得机械强度和耐酸碱性。

1.一种高通量陶瓷基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的纳米颗粒溶胶是氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、硅酸铝、硅酸锆、硅酸钛溶胶中的一种或一种以上的复合溶胶，所述的溶胶浓度为0~10 wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的陶瓷膜材质是氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硅或碳化硅中的一种或一种以上的复合陶瓷膜。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的陶瓷膜孔径范围0.01~0.5 μm。