[發明專利]一種溫敏型超濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210164733.X
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103418255A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 申菲菲;肖通虎;和磊磊;張俊立
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/02
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明涉及一種高分子功能膜技術領域，尤其涉及一種溫敏型超濾膜及其制備方法。

背景技術

膜技術由于具有能耗低、分離效率高、出水水質好、操作維護方便等特點，成為取代傳統水處理工藝的一項很有吸引力和競爭力的新技術。近十多年來，不僅在純水制備、飲用水深度凈化以及食品、發酵等行業中已得到廣泛應用，而且在工業污水以及生活污水的資源化回收利用等領域得到大力發展。

目前，制約膜技術在實際工程中推廣應用所面臨的一大障礙就是膜污染問題。在脫除污染物時，污染物易在超濾膜表面和膜孔內吸附，使膜通量隨運行時間的延長而下降，導致分離性能下降，降低了膜的使用壽命，增加了操作費用，制約了其在水處理領域的應用。因此對疏水膜進行親水改性可以提高膜的抗污染性能，可有效改善膜污染問題。

近年來，兩親性聚合物被應用于疏水性膜材料的親水共混改性。兩親性聚合物分子中同時含有疏水鏈和親水鏈，疏水鏈可使其與膜本體材料具有良好的相溶性，因而使其不易流失，而親水鏈則可提高膜的親水性和抗污染性能。這是解決膜的持久親水性、改善膜的抗污染性能的有效途徑。通過設計兩親性聚合物結構來賦予超濾膜特殊的智能。但環境響應性的研究很少，而超濾膜的智能化分離具有巨大的潛在應用價值，這種智能材料是今后的發展趨勢之一。環境響應性是指對外部環境的物理化學刺激具有感應性的材料，隨環境刺激而與環境間發生物質、能量、信息的交換或變換，使其分子結構和物理性能發生變化。由于溫度變化不僅自然存在的情況很多，而且很容易靠人工實現，所以溫度感應型高分子材料應用起來十分方便。目前，工業中應用主要存在的兩種MBR工藝構型為分置式膜生物反應器（sMBR）與浸沒式膜生物反應器（iMBR）。兩者相比，sMBR能耗高些，但同時具有很多優勢，如膜污染程度隨錯流速率增加呈線性下降，易于清洗、更換，易解決水垢及凝膠層沉積，改善氧的傳遞和混合等。在sMBR中，由于生物過程的放熱性以及曝氣鼓風機和泵產生的能量，采用較小曝氣池時可使溫度提高到30-35℃，這會增強生物活性并降低出水粘度，從而提高工藝的運行效率。改性膜的臨界溫度約在31℃，因而在這個臨界溫度附近改變溫度在分置式膜生物反應器（sMBR）可以通過工藝參數調節來實現膜的溫變效應。此外，對于浸沒式膜生物反應器（iMBR），也可考慮在膜的反沖洗工藝中嘗試用臨界溫度附近的水（或空氣）來實現膜的溫變效應，或在南方、夏季水溫較高的環境下發揮其功能。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種溫敏型超濾膜，通過引入溫敏型“雙親水性聚合物”與聚偏氟乙烯共混改性使得膜具有持久親水性和抗污染性能，同時膜的通量大，具有溫變效應，能對環境溫度變化產生響應。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種溫敏型超濾膜的制備方法，制備工藝簡單，制得的超濾膜通量大、具有持久親水性和抗污染性能，同時具有溫變效應，能對環境溫度變化產生響應。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種溫敏型超濾膜，其特征在于該溫敏型超濾膜的主要組分包括重量百分比為85%-90%的聚偏氟乙烯膜材料和重量百分比為10%-15%的溫敏型雙親水性聚合物。

作為優選，所述溫敏型雙親水性聚合物是通過N-異丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯在引發劑的作用下反應得到的。

最后，所述溫敏型超濾膜的類型為平板膜、卷式膜或者中空纖維膜。

本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種溫敏型超濾膜的制備方法，其特征在于步驟為：

1）合成溫敏型雙親水性聚合物：將N-異丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯按質量比0.5：1~3：1溶于叔丁醇后加入到250mL三頸燒瓶，加入適量引發劑，于氮氣保護下在50~88℃反應5~24h，然后分離提純即得到溫敏型雙親水性聚合物；

2）配置鑄膜液：將聚偏氟乙烯膜材料與溫敏型雙親水性聚合物按質量百分比85%~90%：10%-15%混合均勻，然后將此兩者的混合物、致孔劑及鑄膜液用溶劑按照10%~22%：3%~20%：58%~87%的質量百分比配制，先將混合物和鑄膜液用溶劑在30~80℃加熱攪拌溶解，待溶解均勻后加入致孔劑攪拌混合得到鑄膜液，然后靜置脫泡；

3）成膜：將制得的鑄膜液在20℃~80℃下使用平板刮膜機刮膜后在濕度為50%~60%的空氣中停留2~10s后，浸入凝膠介質凝固浴中，成形后在凝膠介質中浸泡8h以上，即獲得平板膜或者卷式膜；