[發明專利]利用壓電聚合物的反滲透膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210369887.2
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103706260A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李澤堂;郭竟
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D67/00;B01D71/34;B01D61/02;C02F1/44
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 雒純丹;李郁

技術領域

本發明涉及一種利用壓電聚合物的反滲透膜，尤其是涉及一種利用極化后聚合物薄膜（特別是聚偏氟乙烯（PVDF））的壓電特性的反滲透膜。

背景技術

反滲透技術是一種現有的高端水處理技術，與其他技術相比，具有簡潔、操作簡單的特點，能夠有效去除鹽類、小分子酸等。反滲透技術的核心是反滲透膜。反滲透膜是一種半透膜，在反滲透過程中只能透過水分子而不能透過水之外的其他分子。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中溶解的鹽類、膠體、微生物、有機物等。具體的操作過程是，對膜一側的水性液體施加壓力，當該壓力超過膜的滲透壓時，水之外的其他分子不能透過半透膜，因此能夠將這些物質和水分離開來。

以往反滲透膜使用的聚合物通常為醋酸纖維素和聚酰胺。近年隨著科學技術的發展，研究出了復合膜類型的反滲透膜。復合膜通常包括致密層和多孔支撐層。多孔支撐層起增強機械強度的作用，致密層起脫鹽作用。然而不論是單層聚合物結構的反滲透膜還是復合膜結構的反滲透膜，都需要較高的工作壓力，才能使得水分子被分離開來。

近年來發現，一些聚合物采用常規熱極化法、電暈極化法、電子束輻射充電法等常規極化方法后，聚合物中雜亂取向的分子偶極矩沿著特定方向（如極化電場方向）一致取向，從而能夠具有壓電特性。例如聚偏氟乙烯（PVDF）是一種半晶態鐵電聚合物，在溶液中或者熔融狀態下結晶都只能得到螺旋式構象的非極性α晶型。采用上述方法極化后，能夠形成極性β晶型，使得聚偏氟乙烯（PVDF）具有壓電性。

這些極化壓電聚合物材料已經廣泛的應用于傳感器和驅動裝置領域，典型的應用包括醫療器械、光、計算機、超聲等，然而并沒有將極化壓電聚合物材料應用到反滲透膜的構思。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有反滲透膜工作壓力高，能耗大的缺陷，提供了一種利用壓電聚合物的反滲透膜，由于壓電聚合物本身的壓電特性，水中的正負電荷分別被壓電聚合物的兩個表面吸附，從而提高了鹽分子截留率，降低了能耗。本發明反滲透膜可以用作納濾膜，截留分子量（MWCOO）能夠達到10萬道爾頓。

本發明的反滲透膜，在對膜施加外壓的時候，由于壓電聚合物（極化聚偏氟乙烯膜）本身的壓電特性，使壓電聚合物的兩個表面都帶上電荷。這樣，直接與水接觸的壓電聚合物表面（第一表面），吸附水中與該第一表面所帶電荷電性相反的鹽離子；然后與第一表面電荷電性相同的鹽離子通過壓電聚合物膜，該通過的鹽離子在壓電聚合物的另一表面（第二表面）被吸附，從而截留水中的鹽分子，而水分子進一步通過支撐層，完成反滲透凈化。

為了解決上述技術問題，本發明提供的第一技術方案是：一種利用壓電聚合物的反滲透膜，該反滲透膜包括：層疊設置的支撐層和極化處理的壓電聚合物層，其中壓電聚合物層材料的壓電常數是10-60pC/N。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述壓電聚合物層材料的壓電常數是30-55pC/N。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述壓電聚合物層所用材料是極化處理的聚偏氟乙烯（PVDF）、聚三氟乙烯(PTrFE)、尼龍-11、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）、聚醋酸乙酯（PVAc）、聚（亞乙烯基氰/醋酸乙烯）（PVDCN/VAc）、聚苯基氰基醚（PPEN）。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述支撐層是第一無紡布層。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述支撐層包括層疊設置的第一無紡布層和聚合物層，其中聚合物層位于極化處理的壓電聚合物層和第一無紡布層之間。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述聚合物層所用材料是聚砜、聚亞胺或聚偏氟乙烯。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，該反滲透膜進一步包括第二無紡布層，其層疊設置在極化處理的壓電聚合物層上。

前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述反滲透膜是平板膜或管式膜。

本發明提供的第二技術方案是：一種反滲透膜的制備方法，該方法包括：

（1）漿料制備：將壓電聚合物層用聚合物制成漿料；

（2）極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體：將所述漿料涂覆在支撐層上，涂覆所述漿料時施加應力和電場進行極化處理，在極化溫度為60-95℃下極化處理50-70min得到支撐層-壓電聚合物層的層疊體；其中，應力方向為平行于壓電聚合物層方向，應力大小為0.1-2Mpa；電場方向為垂直于壓電聚合物層方向，電場強度為3-25Kv/m；

（3）冷卻：保持應力0.05-0.2Mpa和電場強度0.5-1.5kV/m條件下冷卻所得層疊體到室溫，得到反滲透膜。