納米粒子官能化的膜及其製備方法和用途
2023-04-23 11:23:21 1
納米粒子官能化的膜及其製備方法和用途
【專利摘要】一種納米粒子官能化的膜，其中所述膜的表面是納米粒子官能化的。與所述膜表面最接近的納米粒子與所述膜表面共價鍵合。例如，所述膜是正向滲透、逆向滲透或超濾膜。可以將所述膜用於設備或淨化水體的方法。
【專利說明】納米粒子官能化的膜及其製備方法和用途
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年5月27日提交的美國臨時專利申請號61/490，806的優先權，其公開的內容通過引用併入本申請。
發明領域
[0003]本發明總體涉及納米粒子官能化的膜。
[0004]發明背景
[0005]有效處理非傳統性水源如廢水和高鹽度水對水供給是至關重要的。逆向滲透(RO)和正向滲透(FO)是有希望應對這一挑戰的基於膜的技術。然而，這些系統會出現膜汙染例如生物附著和有機分子汙垢，其均會對水處理量和膜的使用壽命造成負面影響。
[0006]在先進的水處理工藝中超濾(UF)膜發揮了關鍵的前處理功能。然而，在運行系統中，生物附著降低膜的性能並且增加化學清洗的次數和成本。
[0007]在將聚合物膜引入水處理應用後的幾十年時間裡，這種膜被廣泛的用於除去進料流中的細菌、病毒、大分子、有機化合物和鹽。大多數的膜由惰性聚合物材料製成，並被設計成尺寸選擇篩或具有高選擇性的緻密屏障。
[0008]儘管聚合物膜被廣泛的認為是水處理中最先進的技術，但是目前的膜設計會出現對某些所關注汙染物的截留降低和對汙垢的阻力降低。對附著在膜上的微生物的滅活將導致開始形成生物膜的延遲。然而，微生物的主要附著機制涉及基於蛋白的粘著劑的分泌。此夕卜，在進料流中還存在很多其他的有機分子並且由於其結垢會導致工藝性能的顯著降低。
[0009]發明概述
[0010]本發明提供了納米粒子官能化的膜、這種膜的製備方法以及這種膜的用途。所述的膜可以用於裝置如超濾裝置和淨化水體的方法。
[0011]在一個方面，本發明提供了一種納米官能化的膜。所述膜具有一層或多層納米粒子。所述納米粒子是金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、無機氧化物納米粒子或其組合。最接近於膜表面的納米粒子與膜表面共價鍵合。所述膜可以是逆向滲透、正向滲透和超濾膜。
[0012]在一個方面，本發明提供了一種製備納米粒子官能化的膜的方法。在一個實施方式中，本發明提供了一種由本申請所述的方法製備的納米粒子官能化的膜。
[0013]在一個方面，本發明提供了一種具有納米粒表面官能化的膜的裝置。這種裝置的例子包括超濾裝置、逆向滲透(RO)裝置、正向滲透(FO)裝置、減壓滲透(PRO)裝置、納米過濾(NF)裝置、微孔過濾(MF)裝置和膜生物反應器(MBR)。
[0014]在一個方面，本發明提供了一種使用納米粒子表面官能化的膜淨化水介質的方法。在一個實施方式中，可以將納米粒子官能化的超濾、RO或FO膜用於水淨化方法中。
[0015]附圖的簡要說明
[0016]圖1。用於製備活性膜的合成後接枝工藝的例子。氧等離子體活化膜表層以在表層加上活性和/或帶電官能團。隨後將已活化的膜與帶電的或官能化的納米粒子孵育。活性納米粒子通過靜電作用和共價鍵在膜表面上形成持續性的包覆。
[0017]圖2。AgNP和PSf膜例子的材料性質。A) PEI官能化AgNP的透射電子顯微照片
[0018](TEM)0 B) PSf膜剖面的掃描電子顯微照片(SEM)顯示出指狀孔結構。C)在等離子體處理和PE1-AgNP官能化前的膜表面的SEM。
[0019]圖3。改性膜例子的材料性質。A)膜表面氧含量百分率作為O2等離子體處理時間的函數，該函數由XPS分析確定。B)未官能化的和官能化的膜ζ電位作為pH的函數。C)未經處理的和經處理的膜的接觸角作為pH的函數。
[0020]圖4。改性膜例子的分尚性質。A)不同分子量PEO分子的截止分子量(MWCO)作為等離子體處理時間的函數。B)截留作為PEO分子量的函數。C)改性膜的純水膜滲透性。[0021 ] 圖5。A)在使用EDC AgNP改性前後的示例性膜表面的XPS數據。膜表面的銀的原子濃度為5.2%。B)示例性未經處理的PSf、PEI塗覆、PE1-AgNP改性和EDC存在下PE1-AgNP改性的膜表面的抗菌活性(以膜表面殘留的活細胞表示)。OAg+離子從無EDC的PE1-AgNP塗覆膜的釋放速率。
[0022]圖6。鹽酸1-乙基-3- (3_ 二甲基氨基丙基)碳二亞胺(EDC)的易化反應舉例。EDC與羧基官能團反應以形成胺基活化的O-醯基異脲中間體。該中間體可以與PEI塗覆的AgNP上的伯胺反應，以形成穩定的醯胺鍵和異脲副產物。如果該中間體未與胺反應，則其水解並恢復羧基。
[0023]圖7。示例性未經改性的聚碸(PSf)膜和經氧等離子處理60秒的PSF膜的表面電荷密度，表面電荷密度通過化學吸附於陰離子膜表面的陽離子甲苯胺藍O測定。
[0024]圖8。示例性PSf薄膜在表面改性關鍵步驟中的衰減全反射傅立葉變換紅外(ATR-FTIR)光譜和峰鑑定表。
[0025]圖9。使用銀納米粒子塗覆的示例性聚醯胺膜。標尺為I微米(上圖)和IOOnm(下圖)。
[0026]圖10。示例性經處理的膜的XPS確定存在銀。
[0027]圖11。示例性Ag納米粒子改性膜的細胞毒性研究。數值代表兩個獨立的改性膜的平均值。
[0028]圖12。本發明中使用的官能化的納米粒子的示例性示意圖，以及將薄膜複合聚醯胺正向滲透膜官能化的方案的示例性示意圖。聚醯胺膜在其表面具有天然的羧基，這些羧基可以作為使用特定納米粒子官能化的結合位點。在納米粒子表面定製兩個不同配基使其具有超親水性並優化其與膜表面的相互作用。
[0029]圖13。示例性的官能化二氧化矽納米粒子的尺寸、電泳遷移率和熱重分析結果。表中列出了納米粒子在去離子水中和在代表典型廢水出水(0.45mM KH2PO4、9.20mM NaCl、0.61mM MgS04、0.5NaHC03、0.5mM CaCl2和0.93mM NH4Cl)的電解質溶液中的所檢測的尺寸和電泳遷移率。A)和B)分別顯示了使用-N(CH3)3+-末端鏈和-NH2-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子的TEM圖像。右側的曲線表示C)-E)的TGA數據，其中C)為裸露的二氧化矽納米粒子，D-E)為官能化的納米粒子。左軸表示熱重曲線(線)，右軸表示差示熱重曲線(空心圈)。使用初始樣品重量將這兩個數據集歸一化。
[0030]圖14。示例性膜表面的XPS分析。A)對照聚醯胺膜以及使用-N(CH3)3+-末端鏈和-NH2-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的膜的XPS寬程掃描譜，B-C-D)在這三種不同膜表面存在的氧（0)、碳（C)、氮（N)和矽（Si)相對於這些元素總和的分數。使用軟 件CasaXPS從圖14A的掃描結果計算元素分數。兩個官能化的膜顯示在其表面上存在較大 量的娃。
[0031]圖15。示例性的膜表面的Zeta電位作為溶液pH的函數。A)聚醯胺對照膜的Zeta 電位，和B-C)分別為使用-N(CH3)3+-末端鏈和-NH2-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子 官能化的膜的Zeta電位。各種膜類型的Zeta電位值均至少在pH約4至9的範圍內測定 和計算4個獨立澆鑄和官能化的樣品。將不同樣品的數據置於同一個曲線圖中並用不同符 號表示。在室溫（23°C)下在ImM KC1溶液中進行檢測，使用適量的HC1或K0H調節pH。
[0032]圖16。通過SEM和AFM分析示例性膜的表面形態和粗糙度。A_B)聚醯胺對照膜、 C-D)使用-N(CH3) 3+-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的膜和E-F)使用-NH2-末 端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的膜的表面SEM顯微照片。圖A、C和E為低倍放大 顯微照片，圖B、D和F為更高放大倍數的表面圖像。G)對照聚醯胺膜的AFM圖像。H)通過 AFM捕獲模式分析測定的粗糙度參數。這裡，RMS是粗糙度的平方根，Rmax/10是最大粗糙度 除以係數10，Ra是平均粗糙度和SAD是表面積差異的百分率。條柱分別表示聚醯胺膜以及 使用-n(ch3)3+-和-nh2-塗覆納米粒子官能化的膜。粗糙度值是三個獨立澆鑄和官能化 的樣品表面上總計12個隨機點的平均測量結果。
[0033]圖17。在示例性膜表面上的去離子水的接觸角，其中A)是使用-N(CH3)3+-末端 鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的膜，B)是使用-NH2-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米 粒子官能化的膜。在這兩幅圖中均以有圖案的柱子顯示了在對照聚醯胺膜上的DI水的接 觸角。圖中顯示了官能化的膜的值(實心柱子）和在表面施加應力後的值(空心柱子)，在圖 中的各柱子上對其進行了簡單的標記並在討論中對其進行詳述。值為各樣品上至少8個隨 機點的平均值。測定在室溫（23°C)，未經外加離子強度和在未經調整的pH下進行。當接觸 角太小以至於不能準確測定時，假定10度的值用於計算。右側為DI水微滴的典型照片以 用於說明的目的。
[0034]圖18。示例性膜表面的潤溼性、親水性和表面能量。A)使用DI水的潤溼性-AGtt 和親水性AG?1-，以及B)表面能量的計算值yt°t。聚醯胺對照膜的數據以有圖案的柱子 表示。值為使用-N(CH3)3+-末端鏈或-NH2-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的 膜的值。表面能量參數由在室溫（23°C)、未經外加離子強度和在未經調整的pH下使用DI 水、甘油和二碘甲烷測定的平均接觸角計算得到。各液體和各膜類型均測定至少3個獨立 澆鑄和官能化的樣品上的至少25個接觸角。
[0035]圖19。使用A)BSA汙染的尖端和B)海藻酸鹽汙染的尖端進行的汙物-膜相互作 用的典型AFM回縮曲線。數據為對照聚醯胺和使用-N(CH3)3+-末端納米粒子官能化的膜 的數據。對於各汙染物均報告針對125個獨立的回縮曲線所檢測的最低能量井的平均值、 最小值和最大值。「否」標籤標示未觀察到粘著力的測定結果。用於檢測的待測溶液為如實 驗部分所描述的合成廢水。在室溫（23°C)下進行檢測。
[0036]圖20。ATR-IR顯示了示例性的官能化的膜在1060-llOOcnT1附近所顯示的肩峰。 通常將K^O-lOSOcnT1附近的吸收峰歸屬為Si-0-Si鍵的伸縮模式，這確證了在膜表面存在 矽烷化的Si02粒子。
[0037]圖21。使用_ N(CH3)3+-末端配基對納米粒子官能化後的膜進行塗覆並進行XPS和SEM分析，分析顯示結果在從已官能化的膜上獲得的結果的實驗誤差範圍內，這表明官能化是不可逆的。
[0038]圖22。通過AFM測定的汙物-膜相互作用的統計數據。數據為對照聚醯胺和使用-N(CH3)3+-末端納米粒子官能化的膜的數據。曲線22A顯示了針對BSA汙染的尖端的數據，而曲線22B為使用海藻酸鹽汙染的尖端獲得的結果。針對125個獨立的回縮曲線顯示平均值，中位數，標準偏差，第I個、第5個、第95個和第99個百分位數。用於檢測的待測溶液為如實驗部分所描述的合成廢水。在室溫(23°C)下進行檢測。
[0039]圖23。示例性所製備的膜的轉運參數。圖中的柱子表示對照聚醯胺膜和使用-N(CH3)3+-末端鏈矽烷化的二氧化矽納米粒子官能化的超親水性膜活性層的固有水滲透性A、活性層的溶質滲透係數B和支持層的結構參數S。各種膜類型的值均為至少6個獨立澆鑄和官能化的樣品的平均值。誤差線表示標準偏差。
[0040]圖24。對照聚醯胺膜和官能化的超親水性膜正向滲透有機汙物的情況:A)海藻酸鹽、B) BSA和C)薩旺尼河天然有機質(SRNOM)。有圖案的柱子表示在8小時汙染步驟結束時在FO中的水通量相對於初始水通量的百分率。實心柱子表示「物理」清洗步驟後恢復的水通量百分率。各種膜類型均重複兩次。汙染條件如下:進料液如表2所示再加入150mg/L有機汙垢(海藻酸鹽、BSA或SRN0M)、初始水通量為19L掃流速度為21.4cm/秒，共計汙染8小時。清洗條件如下:無汙垢進料液為15mM NaCl、無滲透水通量、掃流速度為21.4cm/秒、每3分鐘引入一次氣泡，總清洗時間為15分鐘。溫度保持在25°C。
[0041]圖25。對對照聚醯胺膜和官能化的超親水性膜RO和FO有機汙物的情況進行比較:A)海藻酸鹽、B) BSA和C)薩旺尼河天然有機質(SRN0M)。有圖案(FO)和空心(RO)的柱子表示在8小時汙染步驟結束時的水通量相對於初始水通量的百分率。實心柱子表示「物理」清洗步驟後恢復的水通量百分率。汙染條件如下:進料液如表2所示再加入150mg/L有機汙垢(海藻酸鹽、BSA或SRN0M)、初始水通量為19L 掃流速度為21.4cm/秒，共計汙染8小時。清洗條件如下:無汙垢進料液為15mM NaCl、無滲透水通量、掃流速度為21.4cm/秒、每3分鐘引入一次氣泡，總清洗時間為15分鐘。溫度保持在25°C。
[0042]圖26。利用AFM接觸模式進行汙物-膜相互作用的粘著力檢測。不同的曲線表示膜表面與A)海藻酸鹽、B) BSA和C)薩旺尼河NOM (SRNOM)汙染的CML改性的乳膠粒子AFM探針之間的相互作用。對照聚醯胺膜的值以有圖案的柱子表示，而官能化超親水性膜的檢測數據以實心柱子表示。處於正力值的「無」標籤表示未觀察到粘著力的測定結果。用於檢測的待測溶液的化學組成如表2所示。各樣品在室溫(23°C)下均在5個隨機點上進行至少25次回縮尖端檢測。注意所述的圖為使用不同的X軸刻度繪製的。圖中還給出了根據力對距離曲線的負區計算的平均粘著力、破裂距離和相互作用能量的平均值。
[0043]圖27。利用AFM接觸模式進行汙物-汙物相互作用的粘著力檢測。不同的曲線表示膜表面與A)海藻酸鹽、B) BSA和C) SRNOM汙染的CML改性的乳膠粒子AFM探針之間的相互作用。受汙染的對照聚醯胺膜的值以柱子表示，而受汙染的官能化超親水性膜的檢測數據以有圖案的柱子表示。處於正力值的「無」標籤表示未觀察到粘著力的測定結果。用於檢測的待測溶液的化學組成如表2所示。各樣品在室溫(23°C)下均在5個隨機點上進行至少25次回縮尖端檢測。注意所述的圖為使用不同的X軸刻度繪製的。圖中還給出了根據力對距離曲線的負區計算的平均粘著力、破裂距離和相互作用能量的平均值。[0044]圖28。官能化的膜的表面物理化學性質。A)在膜表面的去離子水的接觸角。在對照聚醯胺膜上的DI水的接觸角如有圖案的柱子所示。圖內顯示的官能化的膜(實心柱子)和向表面施加應力後(空心柱子)的值，已在圖中簡單地標出。值為各樣品至少8個隨機點的平均值。檢測在室溫(23°C)下，未加入離子強度並且在未調節的pH下進行。當接觸角太小以至於不能準確測定時，假定10度的值用於計算。B-C)SEM分析得到的官能化的膜的表面形態。上面表中的值為對照和官能化的膜利用AFM圖像測定的平均粗糙度，zeta電位和利用DI水、甘油和二碘甲烷測定的平均接觸角計算的表面能量。
[0045]圖29。代表性的汙染曲線。在FO中的有機汙物實驗曲線以左邊一列表示。右邊一列表示RO汙染實驗的數據。不同行分別表示海藻酸鹽(第一行)、BSA (第二行)和SRNOM (第三行)汙垢。針對對照聚醯胺膜的曲線以方塊表示，而使用官能化的膜得到的數據以圓圈表示。汙染條件如下:進料液如表2所示再加入150mg/L汙垢、初始水通量為約19L IrT2Ii'掃流速度為21.4cm/秒,共計汙染8小時。清洗條件如下:無汙垢進料液為15mM NaCl、無通量、掃流速度為21.4cm/秒、每3分鐘引入一次氣泡，共計15分鐘。溫度保持在25 °C。針對FO汙染顯示的數據點為在18分鐘的時間窗內移動所記錄數據的平均值以消除實驗噪音。
[0046]圖30。利用AFM接觸模式進行的汙染-膜(左側一列)和汙染-汙染(右側一列)相互作用的破裂距離檢測。不同的行指膜表面與A)海藻酸鹽(第一行)、B) BSA (第二行)和C) SRNOM (第三行)汙染的CML改性的乳膠粒子AFM探針之間的相互作用。對照聚醯胺膜的值以柱子表示，而在官能化的超親水性膜上測得的數據以柱子表示。用於檢測的待測溶液的化學組成如表2所示。各樣品在室溫(23°C)下均在5個隨機點上進行至少25次回縮尖端檢測。
[0047]圖31。利用AFM接觸模式進行的乳膠粒子_膜相互作用的粘著力(左側)和破裂距離(右側)檢測。使用含有羧酸的聚合物通過共聚反應對乳膠粒子進行羧化改性。對照聚醯胺膜的值以柱子表示，而在官能化的超親水性膜上測得的數據以柱子表示。用於檢測的待測溶液的化學組成如表2所示。各樣品在室溫(23°C)下均在5個隨機點上進行至少25次回縮尖端檢測。
[0048]圖32。在FO (實心符號)RO (空心符號)中汙染後歸一化的通量對粘著功曲線，其根據來自對分子間力進行AFM檢測的力對距離曲線的負區計算得到。對照聚醯胺膜的值以方塊表示，而在官能化的超親水性膜上測得的數據以圓圈表示。用於檢測的待測溶液的化學組成如表2所示。各樣品在室溫(23°C)下均在5個隨機點上進行至少25次回縮尖端檢測。
[0049]發明詳述
[0050]本發明提供了一種納米粒子官能化的膜、這種膜的製備方法以及這種膜的用途。所述的膜可以用於裝置如超濾裝置和淨化水體的方法。
[0051]本發明基於一個驚人的結果，可以使用納米粒子對膜表面官能化且不會降低所述膜的某些性質。例如，所述納米粒子官能化的膜顯示出所需的特性如殺生物、抗汙染和自清潔性質。
[0052]納米粒子可以賦予例如聚醯胺膜殺生物性質並控制其生物附著。膜表面官能化將納米粒子的活性集中於膜表面。表面官能化的膜與混合基質膜相比提供了多種優點。一個益處是納米粒子集中於膜表面並且避免出現與納米粒子/聚合物的相容性相關的問題。膜表面是能夠抑制生物附著的反應發生的地方，而相容性問題通常會導致在膜上存在空隙和缺損。其他益處包括生產的可擴展性、膜和納米粒子官能化範圍的選擇和使成本降低從而更有效地利用活性納米粒子。
[0053]在一個方面，本發明提供了一種納米粒子官能化的膜。所述膜具有一層或多層納米粒子。最接近於膜表面的納米粒子層與膜表面共價鍵合。除了與膜表面最接近的那些以外的納米粒子與至少另一個納米粒子靜電鍵合。本申請中使用的化學鍵包括共價鍵和靜電鍵(例如，離子鍵和氫鍵)。
[0054]在一個實施方式中，納米粒子官能化的膜具有一層或多層與膜表面化學鍵合的納米粒子。第一層納米粒子與膜表面共價鍵合和/或靜電鍵合。如果有的話，其他層與第一層納米粒子的納米粒子靜電鍵合。
[0055]有多種膜可以使用。例如，所述膜可以是逆向滲透(RO)膜、正向滲透(FO)膜或超濾膜。在一個實施方式中，所述膜是多孔膜如超濾膜。在另一個實施方式中，所述膜是半透膜如逆向滲透膜或正向滲透膜。適宜的膜的例子包括由脂肪族或芳香族聚醯胺、芳香族醯肼、聚苯並咪唑酮、聚(表胺/醯胺)、聚(表胺/脲)、聚(乙烯亞胺/脲)、磺化聚呋喃、聚苯並咪唑、聚(哌嗪/異鄰苯二甲醯胺)、聚醚、聚醯亞胺、或其共聚物、或其混合物製成的RO或FO膜。適宜的膜的例子包括由聚碸，聚醚碸，聚(醚碸酮)，聚(醚乙基酮)，聚(雜萘聯苯聚醚碸酮)，聚丙烯腈，聚丙烯，聚(氟乙烯)，聚醚醯亞胺，醋酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素聚丙烯腈製成的超濾膜。可以採用本領域公知的方法製備所述膜。適宜的膜是市售的。例如，可以使用來自Dow Chemical Company或者其他來自Oasys、Toray、Hydranautics的薄膜複合聚醯胺膜如SW30,來自Hydration Technology用於FO的不對稱膜,來自SepRO、Koch和GE用於UF的不對稱膜。
[0056]所述膜可以是 複合膜。所述複合膜包括一個活性膜層(也稱為表層)和一個或多個惰性膜層(也稱為支持層)。所述活性膜層具有與惰性膜層的表面接觸的一個第一表面。所述活性層是納米粒子官能化的膜。所述活性膜層的納米粒子官能化的表面是與惰性層相接觸的活性層表面的背面。所述惰性膜層不是納米粒子官能化的膜。所述惰性膜層可以是支持層。所述惰性膜層可以是多孔的。這種支持層是本領域公知的。適宜的惰性層的例子包括由聚碸，聚醚碸，聚(醚碸酮)，聚(醚乙基酮)，聚(雜萘聯苯聚醚碸酮)，聚丙烯腈，聚丙烯，聚(氟乙烯)，聚醚醯亞胺，醋酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素聚丙烯腈製成的層。例如，所述惰性層可以是無紡聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層。
[0057]所述的納米粒子與膜或其他納米粒子化學鍵合(例如，共價鍵合和/或靜電鍵合)。配置在膜表面的納米粒子與膜表面化學鍵合。例如，所述納米粒子通過連接基團與膜表面化學鍵合。適宜的連接基團的例子包括衍生自氨基矽烷、氨基硫醇、氨基膦氧化物和氨基磷酸鹽的基團。所述的胺基可以是伯胺、仲胺、叔胺或季胺。適宜的連接基團的例子包括烷基
娃氧烷基如
【權利要求】
1.一種膜，所述膜包括與所述膜表面化學鍵合的納米粒子層。
2.根據權利要求1所述的膜，其中所述膜包括多個層並且第一層以外的層與第一層納米粒子上的納米粒子靜電鍵合。
3.根據權利要求1所述的膜，其中所述膜具有I至10層納米粒子。
4.根據權利要求1所述的膜，其中所述膜是逆向滲透、正向滲透或超濾膜。
5.根據權利要求1所述的膜，其中所述納米粒子通過連接基團與膜表面化學鍵合。
6.根據權利要求1所述的膜，其中所述連接基團是
7.根據權利要求1所述的膜，其中所述納米粒子是金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、無機氧化物納米粒子或其組合。
8.根據權利要求1所述的膜，其中所述膜是逆向滲透膜、正向滲透膜或超濾膜。
9.根據權利要求1所述的膜，其中所述膜是複合膜。
10.一種形成納米粒子官能化的膜的方法，所述方法包括步驟: a)任選地將膜官能化以使得在膜表面形成活性官能團；和 b)將所述膜與表面官能化的納米粒子接觸以使得膜表面的活性官能團與表面官能化的納米粒子反應以形成納米粒子官能化的膜。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述膜與表面官能化的納米粒子和交聯劑接觸
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述表面修飾的納米粒子具有結構:
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述連接基團是
14.根據權利要求10所述的方法，其中所述表面修飾的納米粒子是聚合物官能化的納米粒子，其中所述聚合物具有能夠與膜表面的官能團反應的官能團。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述聚合物是聚乙烯亞胺。
16.根據權利要求10所述的方法，其中通過暴露於氧等離子體將所述膜官能化。
17.根據權利要求10所述的方法，其中所述納米粒子是金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、無機氧化物納米粒子及其組合。
18.—種淨化水體的方法，所述方法包括步驟:向需要淨化的水介質溶液施加壓力，所述溶液處於權利要求1所述的納米粒子官能化膜的一側，並且在所述膜的另一側收集淨化後的水介質。
19.一種裝置，所述裝置包括權利要求1所述的膜。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中所述裝置是超濾裝置、逆向滲透(RO)裝置、正向滲透(FO)裝置、減壓滲透(PRO)裝置、納米過濾(NF)裝置、微孔過濾(MF)裝置和膜生物反應器 (MBR)。
【文檔編號】C02F1/44GK103889562SQ201280036723
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年5月29日 優先權日:2011年5月27日
【發明者】E·P·賈內利斯, Y·王, M·伊利米勒, A·蒂拉費裡, M·S·繆特爾 申請人:康奈爾大學, 耶魯大學