一种呋喃生物基复合纳滤膜及其制备方法和应用

本发明涉及纳滤膜，具体而言，涉及一种呋喃生物基复合纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统聚酰胺纳滤膜通常使用芳香基单体作为反应单体，其合成大多数源自不可再生的化石原料。根据联合国的可持续发展目标，节能和环境友好型的生产对未来的经济循环极为重要。可持续性的膜材料由生物基单体或聚合物降解后单体作为反应单体制备近期已有报道，但所制备的分离膜存在自由体积(孔径尺寸)偏大的问题，导致对盐离子截留能力差且截留分子量过大，大多应用于大分子体系的分离纯化，无法实现埃级尺寸的分子或者离子的分离。同时聚酰胺骨架中丰富的亲水结构导致分离膜大多适用于水体系，限制了分离膜的应用场景尤其是有机溶剂中的应用。

技术实现思路

1、为克服以上现有技术的缺陷，本发明提供一种呋喃生物基复合纳滤膜，具有高渗透、高选择性及易放大制备的优势，在海水淡化、小分子的分离纯化、有机溶剂体系中的分子分离等水及有机溶剂体系深度处理方面具有广阔的发展和应用场景。

2、本发明提供一种呋喃生物基复合纳滤膜，包括支撑基膜和设置在所述支撑基膜上的生物基纳滤分离层，所述生物基纳滤分离层的材料为呋喃生物基聚合物，且所述生物基纳滤分离层的厚度为30-150nm。

3、与现有技术相比，本发明在微滤基膜上原位构筑呋喃生物基复合纳滤膜，基膜可根据应用对象的进行选择，同时分离层与基膜的结合能力强。

4、在一种可能的实施方式中，所述支撑基膜为微滤膜，所述微滤膜的平均孔径为100-300nm，所述微滤膜的材料选自尼龙、亲水改性聚四氟乙烯、亲水改性聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚砜或聚丙烯腈中的一种。

5、本发明呋喃生物基复合纳滤膜的纯水渗透系数为20-40l m-2h-1bar-1，且对na2so4的截留率不低于95％；且呋喃生物基复合纳滤膜对单盐nacl和na2so4的选择性为15-120，对一价/二价混盐阴离子的选择性为50-200；本发明呋喃生物基复合纳滤膜对极性有机溶剂的渗透系数为10-35l m-2h-1bar-1；本发明呋喃生物基复合纳滤膜对非极性有机溶剂的渗透系数为3-10l m-2h-1bar-1；本发明呋喃生物基复合纳滤膜的截留分子量在250-400da。

6、本发明第二个目的在于提供一种呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，所述呋喃生物基复合纳滤膜通过在微孔膜上使用呋喃生物基小分子单体作为反应单体之一原位构筑分离层得到，且所述制备方法具体包括如下步骤：

7、s1、将呋喃生物基小分子单体溶解于水中得到呋喃生物基水相单体溶液；

8、s2、将酰氯单体溶解于有机溶剂中得到酰氯有机相单体溶液；

9、s3、使微孔基膜吸附呋喃生物基水相单体溶液，并去除表面多余溶液；随后将酰氯有机相溶液置于微孔基膜表面，发生界面聚合反应得到呋喃生物基复合纳滤初生膜；

10、s4：将步骤s3得到的呋喃生物基复合纳滤初生膜进行热交联反应，反应结束后得到呋喃生物基复合纳滤膜。

11、与现有技术相比，本发明制备过程中使用呋喃生物基小分子单体作为界面聚合反应的单体之一，单体源自生物，实现传统聚酰胺分离膜制备中使用的芳香基单体的部分替换，更加绿色环保可持续，同时价格低廉，易于放大生产。

12、在一种可能的实施方式中，所述步骤s1中，呋喃生物基小分子单体选自2,5-二胺基呋喃，2,5-二胺甲基呋喃、2,5-二羟甲基呋喃、2,5-二羟甲基四氢呋喃中的至少一种。

13、与现有技术相比，本发明选择的呋喃生物基小分子单体中呋喃环与活性位点间键角比传统单体中芳香环与活性位点间的键角更小，刚性更强，且本发明选择的呋喃生物基小分子单体结构中含有极性呋喃环以及亚甲基疏水片段，对极性溶剂以及非极性溶剂均具有良好的亲合特性，可实现对极性溶剂以及非极性溶剂均具有良好渗透性的膜分离过程。

14、在一种可能的实施方式中，所述步骤s1中，呋喃生物基单体水相溶液的浓度为0.03-0.5％。

15、在一种可能的实施方式中，所述步骤s2中，酰氯单体为均苯三甲酰氯，有机溶剂为正己烷或环己烷。

16、在一种可能的实施方式中，所述步骤s2中，酰氯有机相单体溶液的浓度为0.02-0.3％。

17、在一种可能的实施方式中，所述步骤s3中，界面聚合反应的反应时间为60-180s；所述步骤s4中，热交联反应的参数如下：温度为60℃-100℃，时间为5-15min。

18、本发明第三个目的在于提供一种呋喃生物基复合纳滤膜在纳滤分离领域中的应用。

技术特征：

1.一种呋喃生物基复合纳滤膜，其特征在于，包括支撑基膜和设置在所述支撑基膜上的生物基纳滤分离层，所述生物基纳滤分离层的材料为呋喃生物基聚合物，且所述生物基纳滤分离层的厚度为30-150nm。

2.如权利要求1所述的呋喃生物基复合纳滤膜，其特征在于，所述支撑基膜为微滤膜，所述微滤膜的平均孔径为100-300nm，所述微滤膜的材料选自尼龙、亲水改性聚四氟乙烯、亲水改性聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚砜或聚丙烯腈中的一种。

3.如权利要求1或2所述的呋喃生物基复合纳滤膜，其特征在于，所述呋喃生物基复合纳滤膜的纯水渗透系数为20-40l m-2h-1bar-1，且对na2so4的截留率不低于95％；所述呋喃生物基复合纳滤膜对单盐nacl和na2so4的选择性为15-120，对一价/二价混盐阴离子的选择性为50-200；所述呋喃生物基复合纳滤膜对极性有机溶剂的渗透系数为10-35l m-2h-1bar-1；所述呋喃生物基复合纳滤膜对非极性有机溶剂的渗透系数为3-10lm-2h-1bar-1；所述呋喃生物基复合纳滤膜的截留分子量在250-400da。

4.一种如权利要求1-3任一所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述呋喃生物基复合纳滤膜通过在微孔膜上使用呋喃生物基小分子单体作为反应单体之一原位构筑分离层得到，且所述制备方法具体包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，呋喃生物基小分子单体选自2,5-二胺基呋喃，2,5-二胺甲基呋喃、2,5-二羟甲基呋喃、2,5-二羟甲基四氢呋喃中的至少一种。

6.如权利要求4所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，呋喃生物基单体水相溶液的浓度为0.03-0.5％。

7.如权利要求4所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，酰氯单体为均苯三甲酰氯，有机溶剂为正己烷或环己烷。

8.如权利要求4所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，酰氯有机相单体溶液的浓度为0.02-0.3％。

9.如权利要求4所述的呋喃生物基复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，界面聚合反应的反应时间为60-180s；所述步骤s4中，热交联反应的参数如下：温度为60℃-100℃，时间为5-15min。

10.一种如权利要求1-3任一所述的呋喃生物基复合纳滤膜在纳滤分离领域中的应用。

技术总结本发明提供一种呋喃生物基复合纳滤膜及其制备方法和应用，涉及纳滤膜技术领域，呋喃生物基复合纳滤膜，包括支撑基膜和设置在所述支撑基膜上的生物基纳滤分离层，生物基纳滤分离层的材料为呋喃生物基聚合物，且生物基纳滤分离层的厚度为30‑150nm，本发明在微滤基膜上原位构筑呋喃生物基复合纳滤膜，基膜可根据应用对象的进行选择，同时分离层与基膜的结合能力强。技术研发人员：刘富,李贵亮,林海波,柳杨,金慧受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/12