本發(fā)明涉及膜分離領(lǐng)域，特別是涉及一種分離膜及其制備方法、膜分離設(shè)備和污水處理方法。

背景技術(shù)：

膜分離技術(shù)是一種以選擇性半透膜(即分離膜)為處理核心，對多組分混合物進(jìn)行分離、濃縮或提純的新興分離技術(shù)。由于膜技術(shù)具有分離效率高、操作簡便、處理流程短和易于工業(yè)放大等特點(diǎn)，使得其在化工、環(huán)保、生物醫(yī)藥、食品飲料和能源電池等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，從而創(chuàng)造出巨大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，為科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高做出了重要貢獻(xiàn)。目前，可用于工業(yè)生產(chǎn)的商品化分離膜的原料多來源于由不可再生化石資源提煉獲得的多種化工高分子，如聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等，而上述原料的生產(chǎn)過程和基于其的分離膜的制備過程通常會(huì)產(chǎn)生大量對生態(tài)環(huán)境和人體健康有害的副產(chǎn)物。此外，化工高分子分離膜在使用過程中和達(dá)到使用壽命后，仍會(huì)以微塑料等形式向周圍環(huán)境持續(xù)釋放對人體健康和生態(tài)環(huán)境具有不利影響的污染物。隨著化工高分子分離膜難以持續(xù)發(fā)展問題的日益凸顯，人們開始思考探索化工高分子分離膜的潛在替代品?；谔烊桓叻肿硬牧系沫h(huán)境友好型分離膜有望克服傳統(tǒng)化工高分子分離膜的原料日益緊缺、廢棄物處理困難、生命周期易造成環(huán)境污染和生態(tài)危害等缺點(diǎn)，為膜技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條可行的潛在途徑。

然而，目前天然高分子分離膜的分離性能通常難以與傳統(tǒng)化工高分子分離膜相媲美，集中表現(xiàn)為其水通量較低，而提高水通量的同時(shí)通常導(dǎo)致選擇性能的降低，難以同時(shí)兼顧，這嚴(yán)重阻礙了天然高分子分離膜的應(yīng)用推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種以天然高分子為原料且在顯著提高水通量的同時(shí)，選擇性能保持不變的分離膜。

此外，還有必要提供一種分離膜的制備方法、膜分離設(shè)備和污水處理方法。

一種分離膜，所述分離膜包括天然高分子和摻雜于所述天然高分子中的層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，所述天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為所述天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～2000nm；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為水滑石納米顆粒；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒包括二價(jià)金屬離子、三價(jià)金屬離子和陰離子，所述二價(jià)金屬離子選自mg2+、cu2+、co2+、zn2+及ni2+中的至少一種，所述三價(jià)金屬離子選自al3+、ti3+、fe3+、sc3+及cr3+中的至少一種，所述陰離子選自碳酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子、磷酸根離子、氯離子、硬脂酸根離子及十二烷基磺酸根離子中的至少一種。

一種分離膜的制備方法，包括如下步驟：

將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液；所述溶解液能夠溶解所述天然高分子；

將所述鑄膜液成膜，制備分離膜，所述天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為所述天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液的步驟包括：

將氫氧化物和尿素溶于水中，得到所述溶解液，然后向所述溶解液中加入所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，超聲分散，再加入所述天然高分子，進(jìn)行多次冷凍和凍融后，離心脫泡，得到所述鑄膜液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述天然高分子的加入量為所述溶解液質(zhì)量的3％～6％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述鑄膜液成膜，制備分離膜的步驟包括：

將所述鑄膜液成膜，制備液膜；

將所述液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化，制備所述分離膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述液膜為平板膜、中空纖維膜、管式膜或靜電紡絲膜；及/或，

所述液膜的厚度為100μm～1000μm；及/或，

所述將所述液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化的步驟包括：將所述液膜置于凝固浴中靜置再生。

一種膜分離設(shè)備，包含有上述的分離膜或由上述的分離膜的制備方法制備的分離膜。

一種污水處理方法，包括如下步驟：

采用分離膜對污水進(jìn)行處理，所述分離膜為上述的分離膜或由上述的分離膜的制備方法制備的分離膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述污水為聚苯乙烯微球懸濁液、牛血清蛋白有機(jī)溶液、油水混合乳濁液或染料溶液。

上述分離膜的制備原料包括層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和天然高分子，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為一種環(huán)境友好型綠色納米材料，通過向天然高分子中摻雜一定量的層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，利用層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的親水性、內(nèi)部水通道以及對分離膜成膜過程和次級結(jié)構(gòu)的影響，提升以天然高分子為原料制備的分離膜的分離性能，使得分離膜在顯著提高水通量的同時(shí)，選擇性能基本不變，從而得到對多種污染物具有優(yōu)異分離效果的分離膜。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的分離膜的制備方法的工藝流程圖；

圖2為實(shí)施例1中所采用的水滑石納米顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例1中所采用的水滑石納米顆粒的透射電鏡圖；

圖4為實(shí)施例1所制備的分離膜的掃描電鏡圖；

圖5為實(shí)施例1所制備的分離膜的能量色散x射線能譜圖；

圖6為測試過程中所用到的錯(cuò)流過濾裝置的示意圖；

圖7為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1～實(shí)施例4、對比例1所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖8為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1～實(shí)施例4、對比例1所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖9為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例5和實(shí)施例6所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖10為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例5和實(shí)施例6所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖11為以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖12為以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖13為以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖14為以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖15為以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖16為以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖17為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和對比例2所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖18為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和對比例2所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖19為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1、實(shí)施例5和實(shí)施例7所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖20為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1、實(shí)施例5和實(shí)施例7所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖21為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1和對比例3所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖22為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，實(shí)施例1和對比例3所制備的分離膜的截留率的對比圖；

圖23為實(shí)施例1、對比例1和對比例2所制備的分離膜的應(yīng)力形變圖；

圖24為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例4和實(shí)施例8所制備的分離膜的水通量的對比圖；

圖25為以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例4和實(shí)施例8所制備的分離膜的截留率的對比圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。具體實(shí)施方式中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體地實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

本發(fā)明的根本目的是為了解決當(dāng)前存在于膜分離領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展問題，即應(yīng)對基于不可再生化石資源的化工高分子分離膜所面臨的原料日益緊缺、制備工藝環(huán)境危害較大和廢棄物不易處置等諸多難題，從而降低分離膜領(lǐng)域?qū)じ叻肿硬牧系囊蕾?，減少分離膜生命周期中所可能造成的多種生態(tài)環(huán)境問題和對人體健康的潛在危害。

具體來說，本發(fā)明通過將層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒摻雜入由天然高分子材料制備的水處理分離膜中，從而提供一種水通量顯著提升且選擇性能維持不變的、可與化工高分子分離膜相媲美的高性能分離膜及其制備方法和潛在應(yīng)用場景。本發(fā)明有望極大地拓展分離膜的原料獲取途徑和制備工藝，為新型水處理分離膜的研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用，和膜技術(shù)乃至社會(huì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供助力。

具體地，一實(shí)施方式的分離膜，包括天然高分子和摻雜在天然高分子中的層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。例如，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的0.5％、1％、2％或3％。實(shí)驗(yàn)證明，在上述配比范圍內(nèi)，所制備的分離膜的分離性能優(yōu)異。當(dāng)層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量占天然高分子的質(zhì)量百分比大于3％，如4％和5％時(shí)，分離膜的分離性能較未摻雜層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的分離膜已無提升，甚至可能略有降低。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的2％。當(dāng)層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量占天然高分子的質(zhì)量百分比為2％的情況下，獲得了最優(yōu)的分離性能；小于2％時(shí)，分離膜的分離性能隨水滑石含量的提升而逐漸提升；大于2％時(shí)，分離膜的分離性能較最優(yōu)不升反降。

實(shí)驗(yàn)證明，在上述配比范圍內(nèi)，所制備的分離膜在保持優(yōu)異的分離性能的同時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度也顯著提升。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～2000nm。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～200nm。更優(yōu)地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，在層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的用量相同，粒徑相同的情況下，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)較單層結(jié)構(gòu)，所制備的分離膜的水通量更高(截留率變化不大)。由此可以說明，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的多層結(jié)構(gòu)有助于提高分離膜的分離效果，且層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒對膜分離性能的提高并不僅依賴于層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒所提供的層間水通道。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的制備過程可以為本領(lǐng)域常用的制備方法，如共沉淀法或水熱法。

層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的制備原料可以為本領(lǐng)域常用的原料，如采用mg、cu、co、zn、ni等為二價(jià)金屬離子，以al、ti、fe、sc、cr等為三價(jià)金屬離子，以多種無機(jī)、有機(jī)或絡(luò)合陰離子為插層陰離子(包括碳酸根、硝酸根、硫酸根、磷酸根、氯離子、硬脂酸根、十二烷基磺酸根、脂肪酸根等)。可選用不同元素作為構(gòu)成水滑石納米顆粒的原料。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒選自水滑石納米顆粒及類水滑石納米顆粒中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為水滑石納米顆粒。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，水滑石納米顆粒的元素包括由二價(jià)mg和三價(jià)al的氫氧化物，以碳酸根為陰離子。水滑石納米顆粒的層間距為0.78nm?？梢岳斫?，還可以通過選擇不同的元素，調(diào)整插層陰離子的種類，制備不同的水滑石納米顆粒。例如，可以在水滑石納米顆粒的層間插入不同陰離子或長度不同的高分子鏈段，以調(diào)節(jié)水滑石納米顆粒的層間距，通過調(diào)節(jié)插層陰離子的種類，可以使層間距達(dá)到幾納米到幾十納米的級別。

以天然高分子為原料制備分離膜，原料來源廣泛，制備成本低，優(yōu)化分離膜的結(jié)構(gòu)和性能，從而進(jìn)一步促進(jìn)天然高分子材料在膜分離領(lǐng)域的應(yīng)用。

上述分離膜至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

上述分離膜的制備原料包括層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和天然高分子，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為一種環(huán)境友好型綠色納米材料，通過向天然高分子中摻雜層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，利用層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的親水性、內(nèi)部水通道、以及對分離膜成膜過程和次級結(jié)構(gòu)的影響，提升以天然高分子為原料制備的分離膜的分離性能，從而得到對多種污染物具有優(yōu)異分離效果的分離膜。

本發(fā)明還提供一實(shí)施方式的分離膜的制備方法，為上述實(shí)施方式的分離膜的一種制備方法，具體包括如下步驟：

將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液；

將鑄膜液成膜，制備分離膜。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。實(shí)驗(yàn)證明，在上述配比范圍內(nèi)，所制備的分離膜的分離性能優(yōu)異。當(dāng)層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量占天然高分子的質(zhì)量百分比大于3％，如4.0％和5.0％時(shí)，分離膜的分離性能較未摻雜層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的分離膜已無提升，甚至可能略有降低。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的2％。當(dāng)層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量占天然高分子的質(zhì)量百分比為2％的情況下，獲得了最優(yōu)的分離性能；小于2％時(shí)，分離膜的分離性能隨層狀雙金屬氫氧化物含量的提升而逐漸提升；大于2％時(shí)，分離膜的分離性能較最優(yōu)不升反降。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，在層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的用量相同，粒徑相同的情況下，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)較單層結(jié)構(gòu)，所制備的分離膜的水通量更高(截留率變化不大)。由此可以說明，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的多層結(jié)構(gòu)有助于提高分離膜的分離效果。

層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～2000nm。優(yōu)選地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～200nm。更優(yōu)地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm。

具體地，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒選自水滑石納米顆粒及類水滑石納米顆粒中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為水滑石納米顆粒。

具體地，天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種。

在分離膜的制備過程中加入層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒提高天然高分子分離膜親水性、增加分離膜水通道、以及改變分離膜成膜過程和次級結(jié)構(gòu)，從而提升膜分離性能。具體地，溶解液能夠溶解所述天然高分子。在其中一個(gè)實(shí)施例中，溶解液的制備步驟包括：將氫氧化物和尿素溶解于水中，得到溶解液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液的步驟包括：

將氫氧化物和尿素溶解于水中，得到溶解液，然后向溶解液中加入層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，超聲分散，再加入天然高分子，進(jìn)行多次冷凍和凍融后，離心脫泡，得到鑄膜液。

在溶解液中，氫氧化物的質(zhì)量百分濃度至少為5％。尿素的質(zhì)量百分濃度為6％～10％。

具體地，氫氧化物選自氫氧化鋰和氫氧化鉀中的至少一種。其中，氫氧化鋰以一水合氫氧化鋰的形式加入。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在溶解液中，氫氧化鋰、氫氧化鉀和尿素的質(zhì)量百分比為(5％～10％)：(5％～10％)：(6％～10％)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，氫氧化鋰、氫氧化鉀和尿素的質(zhì)量百分比為8％：7.5％：8％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，水為超純水。

超聲分散的時(shí)間沒有特別限定，使層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒均勻分散在溶解液中即可。例如，超聲分散時(shí)間為30min。

具體地，天然高分子的加入量為溶解液質(zhì)量的3％～6％。

為了讓層狀雙金屬氫氧化物更好地分散在鑄膜液中，一般采用先在溶液中加入水滑石納米顆粒，使之形成懸浮液，經(jīng)超聲分散使其分散均勻，然后再加入天然高分子。如先加入天然高分子或同時(shí)加入天然高分子和層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，由于天然高分子如殼聚糖溶解后溶液的黏度會(huì)顯著增大，不利于后續(xù)水滑石納米顆粒的均勻分散。故在本實(shí)施方式中，采用先加入層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的方法。

具體地，冷凍的溫度為-80℃～-20℃，每次冷凍的時(shí)間為1h～24h。

離心脫泡的步驟中，離心的轉(zhuǎn)速為8000rpm～10000rpm。離心時(shí)間為10min～30min。通過離心處理去除溶液中的微小氣泡和不溶雜質(zhì)。

在一個(gè)具體的示例中，制備鑄膜液的步驟包括：將氫氧化鋰、氫氧化鉀和尿素溶解于超純水中，得到溶解液，然后向其中加入層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，超聲分散，再向其中加入天然高分子，攪拌均勻，放入溫度為-80℃～-20℃的低溫冰箱中冷凍1h～24h，然后在室溫下解凍后，在電動(dòng)攪拌機(jī)中以500rpm～700rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10min；重復(fù)上述操作，最后在離心機(jī)中以8000rpm～10000rpm的轉(zhuǎn)速離心10min～30min脫除溶液中的氣泡，得到鑄膜液。

常規(guī)的天然高分子的溶解方法毒性較大，而通過少數(shù)環(huán)境危害較小的溶解方法獲得的天然高分子分離膜，其機(jī)械強(qiáng)度等性能普遍偏差，與傳統(tǒng)化工高分子分離膜相比仍存在著較大的差距。在本實(shí)施方式中，采用尿素-堿溶解法得到鑄膜液的步驟中所使用的原料和溶解過程都更加綠色環(huán)保，不易產(chǎn)生對人體健康和生態(tài)環(huán)境具有明顯危害的固液氣廢物，不但實(shí)現(xiàn)了天然高分子材料溶解的綠色環(huán)保，更極大地改善了包括機(jī)械強(qiáng)度在內(nèi)的天然高分子分離膜的諸多特性。

具體地，將鑄膜液成膜，制備分離膜的步驟包括步驟s110和步驟s120：

步驟s110：將鑄膜液成膜，制備液膜。

具體地，液膜為平板膜、中空纖維膜、管式膜或靜電紡絲膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，液膜為平板膜，制備液膜的步驟包括：將鑄膜液在平板上流延成液膜。具體地，制備液膜的步驟為：將鑄膜液傾倒于平板上，然后用刮刀使鑄膜液在平板上形成液膜。在其中一個(gè)實(shí)施例中，制備液膜的步驟中使用自動(dòng)刮膜機(jī)。

液膜的厚度為100μm～1000μm。通過上述步驟能夠使鑄膜液在光滑平板上均勻分布并形成一定厚度的液膜。

具體地，平板可以為玻璃板。可以理解，平板不限于為玻璃板，還可以為其他潔凈光滑的平面。

當(dāng)液膜為中空纖維膜、管式膜或靜電紡絲膜時(shí)，制備液膜的步驟可以為本領(lǐng)域常用的步驟，在此不再贅述。

步驟s120：將液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化，制備分離膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，將液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化的步驟包括：將液膜置于凝固浴中靜置再生，得到分離膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，凝固浴為超純水。凝固浴的溫度為常溫。靜置再生的時(shí)間至少為0.5h?？梢岳斫?，上述僅給出了一種常用的方法，還可以通過調(diào)整凝固浴的組成，如采用酸溶液、堿溶液、鹽溶液或乙醇等有機(jī)溶液，或改變凝固浴溫度，從而進(jìn)一步優(yōu)化天然高分子分離膜的結(jié)構(gòu)，制備高性能的天然高分子分離膜。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，將液膜置于凝固浴中靜置再生的步驟之后，還包括：將分離膜從平板上剝離，轉(zhuǎn)移至超純水中保存的步驟。

可以理解，相轉(zhuǎn)化的方法不限于上述方法，還可以使用溫度誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化成膜的方法，在成膜過程中需要人為改變液膜溫度(主要為降溫的方式)以促使相轉(zhuǎn)化成膜。

請參閱圖1，分離膜的一種制備方法的工藝流程圖。

上述分離膜的制備方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過上述分離膜的制備方法所獲得的分離膜，在維持分離膜原有截留率的前提下，其水通量大幅增加，分離性能提升顯著；此外，通過該方法獲得的分離膜的其它性能(如機(jī)械強(qiáng)度等)也得到了改善或增強(qiáng)。

(2)上述分離膜的制備方法，通過將層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為代表的摻雜物直接混入以天然高分子的鑄膜液中，該方法簡單易行、可操作性強(qiáng)、調(diào)控方便、對成本和工藝影響較小、有利于工業(yè)化應(yīng)用。

(3)通過上述方法所獲得的分離膜的性能調(diào)節(jié)簡單、應(yīng)用場景廣泛，對包括顆粒物、常見有機(jī)物、油類和難降解染料在內(nèi)的多種污染物有良好的去除效果。

(4)上述分離膜的制備方法中所采用的主要原料如殼聚糖、水滑石納米顆粒和尿素等均為環(huán)境友好型可再生材料，其來源廣泛、易于獲得，再生迅速、綠色環(huán)保，價(jià)格低廉、制備方法成熟簡便。

(5)上述分離膜的制備工藝綠色環(huán)保，生產(chǎn)流程不會(huì)產(chǎn)生對生態(tài)環(huán)境或人體健康有顯著危害的各類廢物，所獲得的分離膜在達(dá)到使用壽命后可自然降解，且降解產(chǎn)物環(huán)境友好、綠色無害，不會(huì)造成對生態(tài)圈的二次污染。

一實(shí)施方式的膜分離設(shè)備，包括上述實(shí)施方式的分離膜。

一實(shí)施方式的污水處理方法，包括如下步驟：采用上述分離膜對污水進(jìn)行處理。具體地，污水為聚苯乙烯微球懸濁液、牛血清蛋白有機(jī)溶液、油水混合乳濁液或染料溶液。

上述分離膜的水通量大幅度提升，并且其對多種常見且難處理污染物(如1μm聚苯乙烯微球懸濁液、牛血清蛋白有機(jī)溶液、油水混合乳濁液和低濃度染料溶液等)具有優(yōu)異的截留效果。

以下為具體實(shí)施例部分：

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為200nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的2％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例10的制備方法制備得到。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量2.0％的、粒徑大小為200nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種的納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為200nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的0.5％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例10的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量0.5％的、粒徑大小為200nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種的納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為200nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的1％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例10的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量1.0％的、粒徑大小為200nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供了一種的納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為200nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的3％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例10的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量3.0％的、粒徑大小為200nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供了一種的納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為20nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的2％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例9的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8:0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量2.0％的、粒徑大小為20nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例6

本實(shí)施例提供了一種的納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為2000nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的2％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例11的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量2.0％的、粒徑大小為2000nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例7

本實(shí)施例提供了一種納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為20nm，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的2％，水滑石納米顆粒為單層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例12的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量2.0％的、粒徑大小為20nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例8

本實(shí)施例提供了一種納米顆粒摻雜的天然高分子分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和甲殼素。水滑石納米顆粒的粒徑為20nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為甲殼素質(zhì)量的2％。本實(shí)施例的水滑石納米顆粒以鎂離子為二價(jià)金屬離子，鋁離子為三價(jià)金屬離子，碳酸根離子為陰離子，可通過實(shí)施例9的制備方法制備得到。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素和氫氧化鉀溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素和氫氧化鉀的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為3.0％和16.0％。隨后加入占甲殼素質(zhì)量2.0％的、粒徑大小為20nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的甲殼素粉末，攪拌均勻，形成甲殼素懸濁液。將該甲殼素懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至甲殼素粉末完全溶解，得到甲殼素粘稠液。將上述甲殼素粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

實(shí)施例9

本實(shí)施例提供了一種采用共沉淀法合成粒徑大小為20nm的多層水滑石納米顆粒的方法，具體制備步驟如下：

將20ml含有1.875mol/l硝酸鎂(mg(no3)2·6h2o)和0.625mol/l硝酸鋁(al(no3)3·9h2o)的水溶液迅速加入50ml、0.5mol/l的碳酸鈉(na2co3)/氫氧化鈉(naoh)水溶液中，在室溫下攪拌30min，用超純水洗滌過濾至ph接近中性，得到泥漿狀水滑石沉淀物。將所得到的沉淀物用乙醇(c2h5oh，20ml)進(jìn)一步?jīng)_洗，然后再分散到200ml乙醇中，在室溫下攪拌1h；過濾分離后，將收集到的固體放入真空烘箱中(30℃)烘干過夜(12h)，得到粒徑大小為20nm的多層鎂鋁水滑石白色固體粉末，即為本實(shí)施例的多層水滑石納米顆粒。

實(shí)施例10

本實(shí)施例提供了一種采用共沉淀法合成粒徑大小為200nm的多層水滑石納米顆粒的方法，具體制備步驟如下：

將50ml含有0.75mol/l硝酸鎂和0.25mol/l硝酸鋁的水溶液滴入50ml、0.5mol/l的碳酸鈉水溶液中，通過滴加4.0mol/l的氫氧化鈉溶液使溶液的ph值保持在10，在室溫條件下攪拌晶化17h，用超純水洗滌過濾至ph接近中性，得到泥漿狀水滑石沉淀物。將所得到的沉淀物用20ml乙醇進(jìn)一步?jīng)_洗，然后再分散到200ml乙醇中，在室溫下攪拌1h；過濾分離后，將收集到的固體放入真空烘箱中(30℃)烘干過夜(12h)，得到粒徑大小為200nm的多層鎂鋁水滑石白色固體粉末，即為本實(shí)施例的多層水滑石納米顆粒。

實(shí)施例11

本實(shí)施例提供了一種采用水熱法合成粒徑大小為2000nm的多層水滑石納米顆粒的方法，具體制備步驟如下：

將3.2g硝酸鎂固體、1.57g硝酸鋁固體和10.02g尿素溶入100ml的超純水中，在90℃下加熱回流，晶化48h得到白色沉淀，用超純水洗滌過濾所得到的白色沉淀至ph接近中性，得到水滑石沉淀物。將所得到的沉淀物用20ml乙醇進(jìn)一步?jīng)_洗，再分散到200ml乙醇中，在室溫下攪拌1h；過濾分離后，將收集到的固體放入真空烘箱中(30℃)烘干過夜(12h)，得到粒徑大小為2000nm的多層鎂鋁水滑石白色固體粉末，即為本實(shí)施例的多層水滑石納米顆粒。

實(shí)施例12

本實(shí)施例提供了一種合成粒徑大小為20nm的單層水滑石納米顆粒的方法，具體制備步驟如下：將實(shí)施例10制備的粒徑大小為200nm的多層水滑石納米顆粒經(jīng)剝離后得到的。

對比例1

對比例1提供了一種不含水滑石納米顆粒的天然高分子的分離膜。該分離膜的制備步驟具體如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，并在超聲水浴鍋中超聲30min，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到對比例1的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

對比例2

對比例2提供了一種納米顆粒摻雜天然高分子的分離膜，該分離膜的制備原料包括：水滑石納米顆粒和殼聚糖。水滑石納米顆粒的粒徑為200nm，水滑石納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)，水滑石納米顆粒的質(zhì)量為殼聚糖質(zhì)量的4％。

對比例2還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素、氫氧化鉀和一水合氫氧化鋰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.0％、7.5％和8.0％。隨后加入占?xì)ぞ厶琴|(zhì)量4.0％的、粒徑大小為200nm的水滑石納米顆粒，在超聲水浴鍋中超聲30min至水滑石納米顆粒均勻分散。再加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的殼聚糖粉末，攪拌均勻，形成殼聚糖懸濁液。將該殼聚糖懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至殼聚糖粉末完全溶解，得到殼聚糖粘稠液。將上述殼聚糖粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

對比例3

對比例3提供了一種通過相轉(zhuǎn)化濕法鑄膜制備的化工高分子聚砜分離膜，具體制備過程如下：

將16.0g商品聚砜顆粒(sigma-aldrich，重均分子量～35,000、數(shù)均分子量～16,000)溶于84.0gn-甲基吡咯烷酮(sigma-aldrich)有機(jī)溶劑中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解并靜置脫泡，得到聚砜鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為200μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成200μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生0.5h，得到本對比例的化工高分子聚砜分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

對比例4

本實(shí)施例提供了一種不含水滑石納米顆粒的天然高分子分離膜，該分離膜的制備原料包括甲殼素。

本實(shí)施例還提供了一種分離膜的制備方法，具體步驟如下：

將尿素和氫氧化鉀溶解于超純水中，在磁力攪拌器上攪拌至完全溶解，得到溶解液。在溶解液中，尿素和氫氧化鉀的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為3.0％和16.0％。隨后加入等于上述溶解液質(zhì)量4.0％的甲殼素粉末，攪拌均勻，形成甲殼素懸濁液。將該甲殼素懸濁液置于低溫(-80℃)冰箱中冷凍1h后，在室溫下解凍，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌。重復(fù)上述冷凍及解凍的操作2次，直至甲殼素粉末完全溶解，得到甲殼素粘稠液。將上述甲殼素粘稠液轉(zhuǎn)移到離心管中，采用8000rpm的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)中離心10min以脫除氣泡和分離雜質(zhì)，獲得鑄膜液。將上述鑄膜液均勻傾倒在置于刮膜機(jī)上的光滑潔凈玻璃板上，使用設(shè)定刮刀高度為400μm的刮刀在刮膜機(jī)的推動(dòng)下把鑄膜液均勻地涂鋪在玻璃板上，形成400μm高的液膜。將液膜連同玻璃板一同置于室溫下的超純水凝固浴中，靜置再生1h，得到本實(shí)施例的分離膜。最后將分離膜從玻璃板上小心取下，置于超純水中保存。

以下為測試部分：

測試?yán)?

采用透射電子顯微鏡(transmissionelectronmicroscope，tem)、掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope，sem)和能量色散x射線光譜儀(energydispersivex-rayspectroscopy，edx)對所制備的水滑石納米顆粒和分離膜的形貌結(jié)構(gòu)和元素組成進(jìn)行表征。透射電子顯微鏡測試的具體方法為：將實(shí)施例1所采用的水滑石納米顆粒分散于銅網(wǎng)上(或分散于樹脂膠粉溶液中，并固定切片)，隨后將樣品送入儀器中調(diào)節(jié)、對焦、進(jìn)行拍照，得到圖3。圖3為實(shí)施例1中所用的水滑石納米顆粒的透射電子顯微鏡(tem)圖。掃描電子顯微鏡測試的具體方法為：首先將實(shí)施例1所用的水滑石納米顆粒以及實(shí)施例1所制備的分離膜進(jìn)行干燥，其次將待測樣品采用導(dǎo)電膠固定在掃描電子顯微鏡的樣品臺(tái)上，使用噴金制樣系統(tǒng)(小型離子濺射儀)為樣品鍍覆導(dǎo)電金屬膜(金或鉑金膜)，隨后將鍍金的樣品臺(tái)送入儀器中調(diào)節(jié)、對焦、進(jìn)行拍照和元素分析測試，得到圖4和圖5。其中，圖4為實(shí)施例1所制備的分離膜的sem圖。圖5為實(shí)施例1所制備的分離膜的能量色散x射線能譜圖。

如圖4所示，水滑石納米顆粒被成功摻雜到天然高分子殼聚糖的分離膜中，并且所摻雜的水滑石納米顆粒為由鎂鋁氫氧化物所形成的水滑石單層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。

測試?yán)?

采用粒徑大小1微米的聚苯乙烯微球?qū)λ苽涞姆蛛x膜的水通量和截留率進(jìn)行測定，用以評估水滑石納米顆粒的摻雜量和粒徑大小對分離膜的分離性能的影響，具體方法如下所示：

(1)聚苯乙烯微球懸濁液的配制

使用移液槍準(zhǔn)確移取1ml固體含量5％的1μm聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)微球溶液(生產(chǎn)廠家：輝質(zhì)生物)加入1l的超純水中，得到懸濁液。然后將該懸濁液置于磁力攪拌器上，以500rpm/min的速度攪拌10min，配置成濃度為0.05g/l的、粒徑大小為1μm的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)微球懸濁液待用。

(2)分離膜水通量的測定(以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液)

將所制備的分離膜置于超純水中浸泡一段時(shí)間(3d)，每24h更換浸泡殼聚糖分離膜的超純水，以確保制備過程中分離膜內(nèi)的殘留雜質(zhì)完全釋出、得到不含雜質(zhì)的分離膜。將該分離膜剪裁成一定大小，放入錯(cuò)流過濾裝置(示意圖如圖6所示)的膜組件中，固定好錯(cuò)流過濾裝置，以聚苯乙烯微球懸濁液為進(jìn)料液，測定各分離膜處理聚苯乙烯微球懸濁液時(shí)的水通量。

具體操作步驟為：請參閱圖6，開啟進(jìn)料泵后，將進(jìn)料端(包括管路和膜池中)的空氣排凈，調(diào)節(jié)閥門，使得待測分離膜的跨膜壓差達(dá)到1bar；在上述跨膜壓差下持續(xù)運(yùn)行30min，待分離膜的水通量穩(wěn)定后，測定在1bar跨膜壓差下一定時(shí)間(單位：h)透過分離膜的溶液(單位：l)，并測量膜池中分離膜的有效面積(單位：m2)。從而按照下面的公式(公式(1))計(jì)算出分離膜的水通量jv，其單位為l/m2·h，測試壓力為1bar。每種分離膜分別進(jìn)行3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)以測定該種分離膜的水通量。

計(jì)算公式為：

式中：jv——分離膜的水通量(l/m2·h)

v——一定時(shí)間內(nèi)透過分離膜的溶液體積(l)

a——待測膜片有效面積(m2)

t——測試時(shí)間(h)

(3)分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液截留率的測定

測定用于測定分離膜水通量的滲濾液(即透過分離膜的進(jìn)料液)與原始滲濾液(即進(jìn)料液)的濃度，按照下面的公式(公式(2))計(jì)算出殼聚糖分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液的截留率。其中滲濾液和進(jìn)料液中聚苯乙烯微球濃度的確定方法如下：使用紫外分光光度計(jì)在206nm的波長下測定進(jìn)料液的吸光度af和滲透液的吸光度ap，根據(jù)事先制作的“1μm聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)微球吸光度與其濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線”分別計(jì)算出進(jìn)料液和滲透液中聚苯乙烯微球的濃度cp和cf(單位：mg/l)。與水通量測試相同，截留率測定的結(jié)果為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)所獲得的該種分離膜截留率的平均值。

計(jì)算公式為：

式中：r——分離膜的截留率

cp——滲濾液中聚苯乙烯微球的濃度(mg/l)

cf——進(jìn)料液中聚苯乙烯微球的濃度(mg/l)

將測得的實(shí)施例1～實(shí)施例4、對比例1所制備的分離膜的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖7和圖8所示。其中，圖7為實(shí)施例1～實(shí)施例4、對比例1所制備的分離膜的水通量對比圖。圖8為實(shí)施例1～實(shí)施例4、對比例1所制備的分離膜的截留率對比圖。

將測得的實(shí)施例1、實(shí)施例5～實(shí)施例6所制備的分離膜的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖9和圖10所示。其中，圖9為實(shí)施例1、實(shí)施例5～實(shí)施例6所制備的分離膜的水通量對比圖。圖10為實(shí)施例1、實(shí)施例5～實(shí)施例6所制備的分離膜的截留率對比圖。

從圖7和圖8中可以看出，隨著水滑石納米顆粒摻雜量的增加，所獲得的分離膜的水通量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；并且在水滑石納米顆粒摻雜量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的情況下(實(shí)施例1)，測得最高的水通量數(shù)值。分離膜的選擇性(對聚苯乙烯微球懸濁液截留率)隨水滑石納米顆粒摻雜量增加無明顯變化。

從圖9和圖10中可以看出，在水滑石納米顆粒摻雜量相同的前提下(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為2.0％)，水滑石納米顆粒的粒徑大小對所制備的分離膜的分離性能有顯著的影響。水滑石納米顆粒的粒徑越小，所獲得的分離膜的水通量越高。所摻雜粒徑較小的水滑石納米顆粒(20nm)對分離膜的選擇性(對聚苯乙烯微球懸濁液截留率)無顯著影響，所摻雜粒徑較大的水滑石納米顆粒(2000nm)會(huì)使分離膜的選擇性略有降低。

測試?yán)?

采用牛血清蛋白對所制備的分離膜對水中蛋白質(zhì)類有機(jī)物的去除進(jìn)行測定，具體方法如下所示：

(1)牛血清蛋白溶液的配制

使用分析天平準(zhǔn)確稱量100mg的牛血清蛋白(生產(chǎn)廠家：sigma-aldrich)加入1l的超純水中，將該溶液置于磁力攪拌器上，以500rpm/min的速度攪拌10min，配置成濃度為100mg/l的牛血清蛋白溶液待用。

(2)以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)分離膜的水通量測定

分離膜的清洗、儲(chǔ)存、安放，以及測試所用的儀器和方法同測試?yán)?。計(jì)算水通量的公式同公式(1)。所示結(jié)果為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)所獲得的該種分離膜以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)的水通量平均值。

(3)以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)分離膜對蛋白質(zhì)類物質(zhì)(牛血清蛋白)的截留率測定

計(jì)算分離膜對蛋白質(zhì)類物質(zhì)(牛血清蛋白)截留率的公式同公式(2)。此時(shí)公式(2)中cp和cf(單位：mg/l)分別代表依據(jù)事先制作的“牛血清蛋白溶液吸光度與其濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線”計(jì)算出的進(jìn)料液和滲透液的濃度。進(jìn)料液吸光度af和滲透液吸光度ap的測定方法為分別使用紫外分光光度計(jì)在280nm的波長下對進(jìn)料液和滲濾液進(jìn)行吸光度測試的示數(shù)。

圖11和圖12分別為以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量和截留率的對比圖。

根據(jù)圖11和圖12所示的以牛血清蛋白溶液為進(jìn)料液時(shí)分離膜的水通量和截留率的測試結(jié)果可知，實(shí)施例5(摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0％的20nm水滑石納米顆粒的分離膜)較對比例1(不含有水滑石納米顆粒的分離膜)的分離膜的水通量大幅提高，其截留率基本一致，略有提升，表明通過水滑石納米顆粒摻雜可獲得分離性能顯著提升的分離膜。

測試?yán)?

采用伊文思藍(lán)染料對所制備的分離膜對染料類物質(zhì)的去除進(jìn)行測定，具體方法如下所示：

(1)伊文思藍(lán)染料溶液的配制

使用分析天平準(zhǔn)確稱量5mg的伊文思藍(lán)染料(生產(chǎn)廠家：aladdin)加入1l的超純水中，將該溶液置于磁力攪拌器上，以500rpm/min的速度攪拌10min，配置成濃度為5mg/l的伊文思藍(lán)染料溶液待用。

(2)以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)水滑石納米顆粒摻雜殼聚糖分離膜的水通量測定

分離膜的清洗、儲(chǔ)存、安放，以及測試所用的儀器和方法同測試?yán)?。計(jì)算水通量的公式同公式(1)。所示結(jié)果為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)所獲得的該種分離膜以濃度為5mg/l的伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)的水通量平均值。

(3)以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)分離膜對水中染料類物質(zhì)(伊文思藍(lán)染料)的截留率測定

計(jì)算分離膜對水中染料類物質(zhì)(伊文思藍(lán)染料)截留率的公式同公式(2)。此時(shí)公式(2)中cp和cf(單位：mg/l)分別代表依據(jù)事先制作的“伊文思藍(lán)染料溶液吸光度與其濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線”計(jì)算出的進(jìn)料液和滲透液的濃度。進(jìn)料液吸光度af和滲透液吸光度ap的測定方法為分別使用紫外分光光度計(jì)在609nm的波長下對進(jìn)料液和滲濾液進(jìn)行吸光度測試的示數(shù)。

圖13和圖14分別為以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量和截留率的對比圖。

根據(jù)圖13和圖14所示的以伊文思藍(lán)染料溶液為進(jìn)料液時(shí)分離膜的水通量和截留率的測試結(jié)果可知，實(shí)施例5(摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0％的20nm水滑石納米顆粒的分離膜)較對比例1(不含有水滑石納米顆粒的分離膜)的水通量大幅提高，其截留率基本不變、稍有降低，表明通過水滑石納米顆粒摻雜可獲得分離性能顯著提升的分離膜。

測試?yán)?

采用油水混合乳濁液對所制備的分離膜對油類物質(zhì)的去除進(jìn)行測定，具體方法如下所示：

(1)油水混合乳濁液的配制

使用塑料滴管在分析天平上準(zhǔn)確稱取1g二甲基硅油(生產(chǎn)廠家：麥克林)和0.1g司班80(生產(chǎn)廠家：aladdin)于250ml燒杯中，然后加入100ml超純水，得到混合溶液。把混合溶液放于磁力攪拌器上，以500rpm/min的速度攪拌24h，配置成10g/l的油水混合乳濁液原液；使用移液槍準(zhǔn)確移取20ml油水混合乳濁液原液加入1l的超純水中，形成懸濁液。然后將該懸濁液置于磁力攪拌器上，以500rpm/min的速度攪拌10min，配置成濃度為200mg/l的油水混合乳濁液待用。

(2)以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)分離膜的水通量測定

分離膜的清洗、儲(chǔ)存、安放，以及測試所用的儀器和方法同測試?yán)?。計(jì)算水通量的公式同公式(1)。

(3)以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)分離膜對水中油類物質(zhì)(二甲基硅油)的截留率測定

計(jì)算水分離膜對水中油類物質(zhì)(二甲基硅油)截留率的公式同公式(2)。此時(shí)公式(2)中cp和cf(單位：mg/l)分別代表依據(jù)事先制作的“油水混合乳濁液吸光度與其濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線”計(jì)算出的進(jìn)料液和滲透液的濃度。進(jìn)料液吸光度af和滲透液吸光度ap的測定方法為分別使用紫外分光光度計(jì)在300nm的波長下對進(jìn)料液和滲濾液進(jìn)行吸光度測試的示數(shù)。

圖15和圖16分別為以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)，對比例1和實(shí)施例5所制備的分離膜的水通量和截留率的對比圖。

根據(jù)圖15和圖16所示的以油水混合乳濁液為進(jìn)料液時(shí)水滑石納米顆粒摻雜殼聚糖分離膜的水通量和截留率的測試結(jié)果可知，實(shí)施例5(摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0％的20nm水滑石納米顆粒的分離膜)較對比例1(不含有水滑石納米顆粒的分離膜)的水通量大幅提高，其截留率略有提高，表明通過水滑石納米顆粒摻雜可獲得分離性能顯著提升的分離膜。

上述實(shí)施例、對比例和測試?yán)砻?，本發(fā)明所提出的方法可以克服天然高分子膜分離性能較差，分離效率偏低的難題；通過本方法獲得的水滑石納米顆粒摻雜殼聚糖分離膜的水通量大幅度提升，并且其對多種常見且難處理污染物(如1μm聚苯乙烯微球懸濁液、牛血清蛋白有機(jī)溶液、油水混合乳濁液和低濃度染料溶液等)具有優(yōu)異的截留效果。

測試?yán)?

采用粒徑大小1微米的聚苯乙烯微球?qū)λ苽涞姆蛛x膜的水通量和截留率進(jìn)行測定，用以評估當(dāng)水滑石納米顆粒摻雜量進(jìn)一步增大時(shí)(即殼聚糖分離膜中水滑石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％)對殼聚糖分離膜的分離性能的影響，分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液的水通量和截留率的具體測定方法同測試?yán)?所示。

將測得的對比例1和對比例2所制備的分離膜的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖17和圖18所示。其中，圖17為對比例1和對比例2所制備的分離膜的水通量對比圖。圖18為對比例1和對比例2所制備的分離膜的截留率對比圖。

上述對比例和測試?yán)砻?，?dāng)水滑石納米顆粒摻雜量進(jìn)一步增大時(shí)(即殼聚糖分離膜中水滑石納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥4％時(shí))，摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜的分離性能較未摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜并無明顯提升。

測試?yán)?

采用粒徑大小1微米的聚苯乙烯微球?qū)λ苽涞姆蛛x膜的水通量和截留率進(jìn)行測定，用以評估粒徑大小相同的水滑石納米顆粒的層數(shù)(即單層水滑石納米顆粒和多層水滑石納米顆粒)對殼聚糖分離膜的分離性能的影響，分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液的水通量和截留率的具體測定方法同測試?yán)?所示。

將測得的對比例1、實(shí)施例5和實(shí)施例7所制備的分離膜(即未摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜，以及分別摻雜了20nm、2％的多層和單層水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜)的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖19和圖20所示。其中，圖19為對比例1、實(shí)施例5和實(shí)施例7所制備的分離膜的水通量對比圖。圖20為對比例1、實(shí)施例5和實(shí)施例7所制備的分離膜的截留率對比圖。

上述對比例、實(shí)施例和測試?yán)砻鳎瑩诫s多層和單層水滑石納米顆粒都可顯著提高殼聚糖分離膜的分離性能；且摻雜多層水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜的分離性能提升更為顯著。摻雜單層水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜較未摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜展現(xiàn)出更優(yōu)異的分離性能可表明，水滑石納米顆粒的摻雜可對殼聚糖分離膜的成膜過程和次級結(jié)構(gòu)造成影響，從而提高所制備分離膜的分離性能；摻雜多層水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜較摻雜單層水滑石納米顆粒以及未摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜展現(xiàn)出更好的分離性能可表明，多層水滑石納米顆粒不僅能影響分離膜的成膜過程和次級結(jié)構(gòu)，其層間水通道也對所制備殼聚糖分離膜的分離性能提升起到了重要的促進(jìn)作用。

測試?yán)?

采用粒徑大小1微米的聚苯乙烯微球?qū)λ苽涞乃{米顆粒摻雜殼聚糖分離膜和化工高分子聚砜分離膜的水通量和截留率進(jìn)行測定，用以評估并比較納米顆粒摻雜天然高分子分離膜和化工高分子分離膜的分離性能，分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液的水通量和截留率的具體測定方法同測試?yán)?所示。

將測得的實(shí)施例1和對比例3所制備的分離膜的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖21和圖22所示。其中，圖21為實(shí)施例1和對比例3所制備的分離膜的水通量對比圖。圖22為實(shí)施例1和對比例3所制備的分離膜的截留率對比圖。

上述實(shí)施例、對比例和測試?yán)砻?，所制備的摻雜水滑石納米顆粒的天然高分子殼聚糖分離膜較化工高分子聚砜分離膜展現(xiàn)出更加優(yōu)越的分離性能；其具體表現(xiàn)為，在對聚苯乙烯微球截留率基本相同的情況下，摻雜水滑石納米顆粒的天然高分子殼聚糖分離膜展現(xiàn)出遠(yuǎn)高于化工高分子聚砜分離膜的水通量。

測試?yán)?

使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)(型號：美特斯cmt6104)對分離膜的拉伸強(qiáng)度(包括應(yīng)力和應(yīng)變)進(jìn)行測試。首先將分離膜裁剪成7cm×2cm的矩形，測試前用千分尺測量膜厚度，算出膜橫截面積，在膜樣品兩端用夾片保護(hù)，防止分離膜被試驗(yàn)機(jī)的夾具破壞影響測試結(jié)果。分離膜在拉伸過程中不斷伸長，最后在膜斷裂時(shí)達(dá)到最大形變，此時(shí)所承受力為最大力，除以膜橫截面積所得到的應(yīng)力，即為分離膜的拉伸強(qiáng)度。

分離膜應(yīng)力的計(jì)算公式為：

式中，σ——應(yīng)力，即殼聚糖膜的拉伸強(qiáng)度(mpa)；

f——?dú)ぞ厶腔け焕鞌嗔褧r(shí)承受的最大力(n)；

s——?dú)ぞ厶悄さ臋M截面積(mm2)。

將測得的實(shí)施例1、對比例1和對比例2所制備的分離膜的形變和應(yīng)力數(shù)據(jù)作圖，得到如圖23所示。

上述實(shí)施例、對比例和測試?yán)砻鳎瑩诫s水滑石納米顆粒的天然高分子殼聚糖分離膜的機(jī)械強(qiáng)度(包括膜斷裂時(shí)的最大形變和最大應(yīng)力)較未摻雜水滑石納米顆粒的殼聚糖分離膜顯著提高；且摻雜水滑石納米顆粒的天然高分子殼聚糖分離膜的機(jī)械強(qiáng)度隨分離膜中水滑石納米顆粒摻雜量的增大而提升；水滑石納米顆粒的摻雜在改善天然高分子分離膜分離性能的同時(shí)，還可提升分離膜的其它特性(如機(jī)械性能等)。

測試?yán)?0

采用粒徑大小1微米的聚苯乙烯微球?qū)λ苽涞牟缓{米顆粒的甲殼素天然高分子分離膜和水滑石納米顆粒摻雜(水滑石納米顆粒粒徑大小為20nm、摻雜質(zhì)量為甲殼素質(zhì)量2.0％)的甲殼素分離膜的水通量和截留率進(jìn)行測定，用以評估水滑石納米顆粒摻雜對甲殼素分離膜分離性能的影響，分離膜對聚苯乙烯微球懸濁液的水通量和截留率的具體測定方法同測試?yán)?所示。

將測得的對比例4和實(shí)施例8所制備的分離膜的水通量數(shù)據(jù)和截留率數(shù)據(jù)作圖，得到如圖24和圖25所示。其中，圖24為對比例4和實(shí)施例8所制備的分離膜的水通量對比圖。圖25為對比例4和實(shí)施例8所制備的分離膜的截留率對比圖。

上述對比例、實(shí)施例和測試?yán)砻?，所制備的摻雜水滑石納米顆粒的甲殼素分離膜較不摻雜水滑石納米顆粒的甲殼素分離膜展現(xiàn)出更加優(yōu)越的分離性能；其具體表現(xiàn)為，在對聚苯乙烯微球截留率基本相同的情況下，摻雜水滑石納米顆粒的甲殼素分離膜展現(xiàn)出更高的水通量。

以上結(jié)果證明，水滑石納米顆粒摻雜對天然高分子分離膜分離性能的提升并不僅僅局限于殼聚糖材料，對甲殼素材料也同樣適用；可通過向天然高分子分離膜(如殼聚糖、甲殼素和纖維素等)中摻雜水滑石納米顆粒的方式，改善并提高所制備天然高分子分離膜的分離性能。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

1.一種分離膜，其特征在于，所述分離膜包括天然高分子和摻雜于所述天然高分子中的層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，所述天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為所述天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離膜，其特征在于，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的粒徑為20nm～2000nm；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為水滑石納米顆粒；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒為多層結(jié)構(gòu)；及/或，

所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒包括二價(jià)金屬離子、三價(jià)金屬離子和陰離子，所述二價(jià)金屬離子選自mg2+、cu2+、co2+、zn2+及ni2+中的至少一種，所述三價(jià)金屬離子選自al3+、ti3+、fe3+、sc3+及cr3+中的至少一種，所述陰離子選自碳酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子、磷酸根離子、氯離子、硬脂酸根離子及十二烷基磺酸根離子中的至少一種。

3.一種分離膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液；所述溶解液能夠溶解所述天然高分子；

將所述鑄膜液成膜，制備分離膜，所述天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種，所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為所述天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離膜的制備方法，其特征在于，所述將天然高分子與層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒和溶解液混合，制備鑄膜液的步驟包括：

將氫氧化物和尿素溶于水中，得到所述溶解液，然后向所述溶解液中加入所述層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，超聲分散，再加入所述天然高分子，進(jìn)行多次冷凍和凍融后，離心脫泡，得到所述鑄膜液。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的分離膜的制備方法，其特征在于，所述天然高分子的加入量為所述溶解液質(zhì)量的3％～6％。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離膜的制備方法，其特征在于，所述將所述鑄膜液成膜，制備分離膜的步驟包括：

將所述鑄膜液成膜，制備液膜；

將所述液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化，制備所述分離膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離膜的制備方法，其特征在于，所述液膜為平板膜、中空纖維膜、管式膜或靜電紡絲膜；及/或，

所述液膜的厚度為100μm～1000μm；及/或，

所述將所述液膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)化的步驟包括：將所述液膜置于凝固浴中靜置再生。

8.一種膜分離設(shè)備，其特征在于，包含有權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述的分離膜或由權(quán)利要求3～7任一項(xiàng)所述的分離膜的制備方法制備的分離膜。

9.一種污水處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

采用分離膜對污水進(jìn)行處理，所述分離膜為權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述的分離膜或由權(quán)利要求3～7任一項(xiàng)所述的分離膜的制備方法制備的分離膜。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的污水處理方法，其特征在于，所述污水為聚苯乙烯微球懸濁液、牛血清蛋白有機(jī)溶液、油水混合乳濁液或染料溶液。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種分離膜及其制備方法、膜分離設(shè)備和污水處理方法。上述分離膜包括天然高分子和摻雜于天然高分子中的層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，天然高分子選自殼聚糖、甲殼素及纖維素中的一種，層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的質(zhì)量為天然高分子質(zhì)量的0.5％～3％。通過向天然高分子中摻雜層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒，利用層狀雙金屬氫氧化物納米顆粒的親水性、內(nèi)部水通道、以及對分離膜成膜過程和次級結(jié)構(gòu)的影響，提升以天然高分子為原料制備的分離膜的分離性能，從而得到對多種污染物具有優(yōu)異分離效果的分離膜。

技術(shù)研發(fā)人員：劉鑫;李煒怡;索紅日;石述宇;王棟;李卓;劉崇炫

受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.28

技術(shù)公布日：2021.08.27