[發(fā)明專利]一種聚偏氟乙烯納米復(fù)合超低壓超濾膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710072641.8
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101164679A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬軍;馬玉新;秦文躍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D71/02;B01D69/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合膜及其制備方法，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(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)

膜處理技術(shù)作為21世紀(jì)飲用水處理的優(yōu)選技術(shù)，與常規(guī)水處理技術(shù)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(yōu)點，但由于濃差極化和膜污染等問題的存在，導(dǎo)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(huán)以控制濃差極化和膜污染，嚴(yán)重阻礙了微濾和超濾技術(shù)的更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。在膜分離過程中，由于溶質(zhì)(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(fā)生變化，如食品工業(yè)中膜污染可導(dǎo)致微生物繁殖，損害產(chǎn)品質(zhì)量。膜分離過程中關(guān)鍵的設(shè)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(xiàn)大通量、高選擇性的分離操作，并且應(yīng)盡可能延長膜的穩(wěn)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(fā)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％，減少投資15％，并有較好的分離效果。在膜的應(yīng)用過程中產(chǎn)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(yīng)的措施來減小膜的污染程度是可行的。由于產(chǎn)生膜污染的原因很多，膜污染現(xiàn)象比較復(fù)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(jù)其膜材料和膜分離過程的特點，從設(shè)計、工藝流程到設(shè)備選擇、運行、膜的儲運和停機(jī)保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)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(hù)膜組件與預(yù)防膜污染的具體措施，使?jié)獠顦O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(xué)方法和物理方法。化學(xué)方法中有被處理液的前處理、開發(fā)濾餅和蛋白質(zhì)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(lián)機(jī)清洗，操作條件的優(yōu)化，利用電泳或Taylor旋渦的裝置等。其中關(guān)鍵還在于膜材料的選擇和改性。目前膜材料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(jìn)行改性；二是在成膜之后，再對膜進(jìn)行改性，即表面改性。總結(jié)起來，表面改性主要有等離子體改性、輻照接枝、表面化學(xué)反應(yīng)、表面涂敷、表面活性劑改性等。聚偏氟乙烯(簡稱為PVDF)是國際上工程界和學(xué)術(shù)界公認(rèn)的高抗污染膜材料，其突出的化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射特性、抗污染性和耐熱性更使其在膜分離領(lǐng)域大顯身手，其中PVDF微濾膜和超濾膜已成功地應(yīng)用于化工、電子、紡織、食品、生化等領(lǐng)域。但是膜的強(qiáng)度低，耐壓性能差，并具有極強(qiáng)的疏水性。由于其疏水性強(qiáng)及表面能低，而導(dǎo)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(zhì)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、表面接枝共聚及本體材料的親水化化學(xué)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；如涂覆和接枝技術(shù)需要較長的后凝結(jié)過程，增加了膜的制造成本。涂覆后和吸附層長期穩(wěn)定性差，在操作和強(qiáng)制清洗過程中容易脫落。污染物積聚發(fā)生在內(nèi)部孔道中，但涂覆、吸附和接枝技術(shù)僅對膜表面的孔道進(jìn)行表面改性。有些技術(shù)也改變了表面孔徑的尺寸分布，所以經(jīng)常導(dǎo)致孔堵塞和滲透性降低。有些表面改性技術(shù)僅改善膜表面的潤濕性。本體膜材料與其他親水性聚合物的化學(xué)改性可降低其力學(xué)、熱力學(xué)和/或化學(xué)穩(wěn)定性。

最近國內(nèi)外已開展采用顆粒狀納米材料[如納米二氧化硅，納米三氧化二鋁，納米二氧化鈦，納米二氧化鋯等]共混改性的方法制備了納米復(fù)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(yīng)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℃)。也可用片層狀有機(jī)粘土實現(xiàn)改性，通過聚合物與納米有機(jī)粘土片層和添加劑的共同作用，實現(xiàn)了超低壓運行，制備出了能在小于0.06MPa下實現(xiàn)高通量運行的超低壓超濾膜，降低了膜運行的動力消耗，降低了運行成本。

發(fā)明內(nèi)容