[發明專利]一種聚偏氟乙烯/有機粘土納米復合超低壓超濾膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200710071733.4
• 申請日: 2007-02-05
• 公開（公告）號: CN101053784A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 馬玉新;馬軍;秦文躍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域：

本發明涉及一種納米復合膜，具體涉及一種用于水處理和化工分離過程的超低壓運行的納米復合膜。

背景技術：

膜處理技術作為21世紀飲用水處理的優選技術，與常規水處理技術比較，具有能耗低、分離效率高、工藝簡單、無需投加添加劑、不影響人體健康等優點，但由于濃差極化和膜污染等問題的存在，導致滲透通量隨運行時間的延長而下降；操作過程中大量的能耗被用于原料液的再循環以控制濃差極化和膜污染，嚴重阻礙了微濾和超濾技術的更大規模的工業應用。在膜分離過程中，由于溶質(尤其是大分子、膠體懸浮物和生物分子等)的污染，使膜滲透通量顯著下降，分離性能發生變化，如食品工業中膜污染可導致微生物繁殖，損害產品質量。膜分離過程中關鍵的設備是膜組件，而膜組件的核心部分是性能良好的膜，即所用的膜可以實現大通量、高選擇性的分離操作，并且應盡可能延長膜的穩定操作時間。然而在實際分離過程中，膜的性能隨著操作時間的延長會發生很大的變化，非常典型的是透過膜的通量會隨時間的推移而減小。如在超濾過程中，污染的消除將使超濾過程效率提高30％以上，減少投資15％以上，并有較好的分離效果。在膜的應用過程中產生膜的污染是很難完全避免的，但是通過對不同的膜污染情況采取相應的措施來減小膜的污染程度是可行的。由于產生膜污染的原因很多，膜污染現象比較復雜，因此沒有適用于各種膜污染情況的通用的方法。遇到具體的情況要根據其膜材料和膜分離過程的特點，從設計、工藝流程到設備選擇、運行、膜的儲運和停機保養等各個環節加以具體分析考慮，確定采取何種方法減小膜的污染，制定維護膜組件與預防膜污染的具體措施，使濃差極化的影響和膜污染減小到最低程度。作為膜污染的防治方法概括起來有化學方法和物理方法。化學方法中有被處理液的前處理、開發濾餅和蛋白質難以吸附的膜材料、膜表面改良以及藥物清洗等。物理方法有逆洗等聯機清洗，操作條件的優化，利用電泳或Taylor旋渦的裝置等。其中關鍵還在于膜材料的選擇和改性。

目前的改性方法主要是從兩方面考慮：一是在制膜前，采用某種方法，可以是接枝、共聚、共混，也可以是高能輻射等表面改性方法對膜材料進行改性；二是在成膜之后，再對膜進行改性，即表面改性。總結起來，表面改性主要有等離子體改性、輻照接枝、表面化學反應、表面涂敷、表面活性劑改性等。聚偏氟乙烯(PVDF)是國際上工程界和學術界公認的高抗污染膜材料，其突出的化學穩定性、耐輻射特性、抗污染性和耐熱性更使其在膜分離領域大顯身手，其中PVDF微濾膜和超濾膜已成功地應用于化工、電子、紡織、食品、生化等領域。但是膜的強度低，耐壓性能差，并具有極強的疏水性。由于其疏水性強，表面能低，導致膜容易被污染、處理水基體系過程中阻力大、通量小，因此必須通過親水化等改性手段提高膜的潤濕性或者減輕由于蛋白質和油等造成的膜污染，降低膜過程運行的動力消耗。目前的改性方法主要有涂覆，吸附，表面接枝共聚，本體材料的親水化化學改性。以上方法雖然提高了抗污染性等表面特性，但也存在一定缺陷。涂覆和接枝技術需要較長的后凝結過程，增加了膜的制造成本。涂覆和吸附層長期穩定性差，在操作和強制清洗過程中容易除去。污染物積聚發生在內部孔道中，但涂覆、吸附和接枝技術僅對膜表面的孔道進行表面改性。有些技術也改變了表面孔徑的尺寸分布，所以經常導致孔堵塞和滲透性降低。有些表面改性技術僅改善膜表面的潤濕性，而膜內孔道的表面特性基本不變。本體膜材料與其他親水性聚合物的化學改性可降低其力學、熱力學和/或化學穩定性。

最近國內外已開展采用納米材料(二氧化硅，三氧化二鋁，二氧化鈦，二氧化鋯，有機粘土等)共混改性的方法制備了納米復合膜，使水通量得到大幅度提高，并逐步開始在工程中得到應用。但目前的研究成果表明，改性后聚偏氟乙烯膜的純水通量一般在200L/(m²·h)以下(截留分子量大于35000，測定條件：0.1MPa，25℃)。現有的超濾膜操作使用條件為0.06～0.4MPa，雖然遠低于納濾，反滲透等膜分離技術，但需要一定的動力消耗，增加了運行成本。

發明內容