Page 167 - 《精细化工》2023年第2期
P. 167

第 2 期               李   浪，等:  具有 PDA-UiO-66 中间层耐溶剂复合纳滤膜的制备及性能                            ·389·


                 and certain stability.
                 Key words:  polydopamine; UiO-66; interlayer; solvent resistance; composite  nanofiltration membrane;
                 water treatment technology


                 耐溶剂纳滤（SRNF）是一种绿色、高效、节能                        在基膜上从而提高纳米粒子的负载量、分散性和稳
            的膜分离技术，可以在有机溶剂中选择性地过滤分                             定性，同时由于 PDA 中含有丰富的氨基、酚羟基和
                                                       [1]
            子摩尔质量在 200~1000 g/mol 之间的溶质分子 ，                    邻苯二酚基团，使其易与 TMC 发生化学交联反应，
            该技术在许多重要的工业应用中表现出巨大的潜力，                            因此，多巴胺常作为改性剂来调节复合纳滤膜的结
                                                       [4]
                           [2]
                                         [3]
            例如：药物纯化 、食用油纯化 和催化剂回收 。                            构和性能    [14-16] 。
            但大多数 SRNF 膜具有较高的溶质选择性，而溶剂                              本实验选择具有优异的水稳定性、高热稳定性、
            渗透性相对较低，这是因为聚合物膜的分离性能总是                            在不同有机溶剂中有良好化学稳定性的 UiO-66 纳
                                                       [5]
            受限于溶剂渗透性和溶质选择性之间的权衡效应 。                            米颗粒   [17] 与多巴胺共沉积在经 1,6-己二胺（HDA）
            因此，为了扩大 SRNF 膜的应用、提高水处理效率、                         交联的聚醚酰亚胺（PEI）基膜上构建连续均匀且稳
            降低运行成本，亟需一种具有高溶剂渗透性和高溶                             定的 PDA-UiO-66 纳米复合中间层，以控制 SRNF
            质选择性的 SRNF 膜。                                      膜界面聚合反应过程中胺储存量和胺扩散速度进而
                                                  [6]
                 近年来，研究者通过添加水性添加剂 、掺入                          提高膜通量，期望为制备高通量的 SRNF 膜提供一
                    [7]
                               [8]
            纳米颗粒 、活化溶剂 等方式来提高复合膜的溶剂通                           种新策略。
            量，同时保持高溶质截留率。金属有机框架（MOFs）
            是一类新型的多孔纳米颗粒，其结构由金属离子簇                             1   实验部分
            或金属离子节点和有机连接体通过配位键组装而                              1.1   试剂与仪器
            成，具有许多独特的性质，如：高比表面积、丰富                                 PEI（Sabic Ultem-1000），AR，沙特基础工业
                                     [9]
            的活性位点以及各种孔结构 。由于 MOFs 纳米颗                          公司；聚乙烯吡咯烷酮 K30（PVP），AR，国药集
            粒中存在的有机连接体对有机聚合物具有更好的亲                             团化学试剂有限公司；N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、
            和力，因此，其可作为多孔材料用于 SRNF 膜的制                          TMC，AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
            备 [10-11] 。GUO 等 [12] 将 UiO-66-NH 2 纳米粒子添加在        HDA、盐酸多巴胺（DA）、四氯化锆（ZrCl 4 ）、对
            均苯三甲酰氯（TMC）/正己烷中进行界面聚合制备                           苯二甲酸（H 2 BDC）、间苯二胺（MPD），AR，上海
            聚酰胺（PA）层，发现纳米颗粒掺入后制备的薄膜                            麦 克林生化 科技有限 公司； Tris-HCl 缓冲液
            纳米复合物（TFN）膜的甲醇通量显著提升，同时                            （pH=8.5），厦门海标科技有限公司；异丙醇（IPA），
            对四环素的截留率高达 99%。目前，将 MOFs 纳米                        AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司；牛血清白
            颗粒掺入 TFN 膜的方式分为两种：一种是将 MOFs                        蛋白（BSA，M w  =68000 g/mol），兰杰柯科技有限公
            纳米颗粒分散在聚合物基膜中；另一种是将 MOFs                           司；甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、正己烷、乙
            纳米颗粒分散在有机相中，通过界面聚合反应将                              酸乙酯、无水乙醇、丙酮、乙酸，AR，西陇科学股
            MOFs 纳米颗粒附着在膜表面。然而，这两种掺入                           份有限公司；刚果红，上海易恩化学技术有限公司；
            方式只有少量的 MOFs 纳米颗粒被有效地结合到 TFN                       去离子水，自制。
                 [9]
            膜中 ，因此，迫切需要一种新的方式能够高效地                                 膜性能测试仪，自制；UV-1600 型紫外-可见分
            将 MOFs 纳米颗粒掺入 TFN 膜中。为此，WEN 等               [13]   光光度计，上海光谱仪器有限公司；Nicolet iS20 傅
            通过在聚醚砜基膜上过滤一定体积的 MOFs 悬浮液                          里叶变换红外光谱仪，美国 Thermo Scientific 公司；
            来构建 MOFs 中间层，再在中间层上通过界面聚合                          SmartLab SE X 射线衍射仪，日本 Rigaku 公司；MIRA
            反应制备 PA 纳滤膜。然而，该法构建的纯 MOFs                         LMS 扫描电子显微镜，捷克 TESCAN 公司；MFP-3D
            中间层分散不均匀且需要相对较多的 MOFs 颗粒，同                         Infinity 原子力显微镜，美国 Asylum Research 公司；
            时纯 MOFs 中间层不能非常牢固地黏附在基膜上                  [14] 。   OCA20 接触角测量仪，德国 Dataphysics 公司。
                 多巴胺是一种类足丝蛋白物质，在弱碱性水溶                          1.2   实验方法
            液中易自聚合黏附在多孔基膜上形成连续且均匀的                             1.2.1  UiO-66 纳米颗粒的制备
            亲水性聚多巴胺（PDA）层，有利于提高复合纳滤                                采用溶剂热法      [18] 制备 UiO-66 纳米颗粒。称取
            膜的结构稳定性。将 MOFs 纳米颗粒与多巴胺溶液                          0.2 g ZrCl 4 （0.86 mmol）溶于 40 mL  DMF，搅拌
            混合后倒在多孔基膜上，可将 MOFs 纳米颗粒附着                          5 min，再超声 10 min，待完全溶解后加入 0.14 g
   162   163   164   165   166   167   168   169   170   171   172