[發明專利]一種聚偏氟乙烯/金納米粒子雜化中空纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210552808.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103861479A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 陳熙;陳莉;畢世胤;何洋;楊青;陳明星
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/08;B01D67/00;B01J31/06;B01J35/06
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技術領域

本發明涉及一種聚偏氟乙烯/金納米粒子雜化膜及其制備方法，具體為一種聚合物凝膠/金納米粒子雜化物與聚偏氟乙烯(PVDF)共混得到聚偏氟乙烯雜化中空纖維膜及其制備方法，屬于聚合物科學與技術領域。

背景技術

聚偏氟乙烯(PVDF)耐老化和抗紫外線性能優異，并且化學穩定性良好，室溫下不受酸、堿等強氧化劑和鹵素腐蝕，同時還具有優良的熱穩定性和機械強度，是一種綜合性能良好的分離膜材料。PVDF制成中空纖維膜，具有高的膜比表面積和裝填密度，已經廣泛的應用于化工，生化，電子，食品，紡織等工業領域。盡管如此，純PVDF中空纖維膜的應用主要還集中在分離方面，其它方面的應用還需要進一步拓展。

金納米粒子具有和尺寸相關的獨特的穩定性、小尺寸效應、量子效應、表面效應及生物親和性等。其作為一種較好的經典納米材料是光學、電子、催化和生物醫藥等方面的研究熱點(Daniel?MC，Astruc?D，Chem.Rev.；2004，104，293)。金納米粒子具有大量的表面原子，具有很高的催化活性。但高催化活性的金納米粒子必須分散在好的支撐物上面，以防止這些納米粒子的堆積而引起催化活性的下降。

中空纖維膜具有高的比表面積，最大比表面積可達30,000m²/m³，具有很高的金屬納米粒子負載能力。因此，將金納米粒子負載到PVDF中空纖維膜上，既可使PVDF中空纖維膜保留分離特性，又可以賦予其高的催化特性，使其在催化領域得到進一步的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種集分離功能和催化功能于一體的雜化膜，本發明的另一個目的是提供所述膜的制備方法。本發明涉及一種PVDF/金納米粒子雜化中空纖維雜化膜，其特征在于該膜是由聚偏氟乙烯與聚合物凝膠/金納米粒子雜化物按照質量比99∶1-60∶40組成；該膜內徑為0.1-2.5mm，壁厚0.1-0.5mm，平均孔徑30-300nm，在0.05MPa20℃條件下純水通量為50-1000L/m²h。

在該膜中，由于親水性聚合物凝膠位于膜孔表面，PVDF膜的親水性和抗污染性能有較大提高。另外，金納米粒子負載在膜孔的凝膠上，膜具有好的催化性能。因此，本發明的突出優點是將親氺性聚合物凝膠/金納米粒子雜化物固定在膜孔內，從而使金納米粒子的催化功能，膜分離材料的過濾功能完美地結合在一起，是一種新型的功能膜。本發明的另一個優點是制膜方法簡單，便于大規模生產。

技術方案

本發明解決所述產品技術問題的技術方案是：設計一種PVDF中空纖維雜化膜，該膜是由聚偏氟乙烯(PVDF)和高分子聚合物凝膠/金納米粒子雜化物物理共混所得，包括如下步驟：

a)PVDF溶液的制備：將PVDF溶解在溶劑中制得15-25Wt％聚偏氟乙烯溶液；

b)聚合物凝膠/金納米粒子雜化物分散液的制備：將聚合物凝膠/金納米粒子雜化物分散在溶劑中，制得15-25Wt％聚合物凝膠/金納米粒子雜化物分散液；

C)制孔劑溶液的制備：將制孔劑溶解到溶劑中，制得15-25Wt％制孔劑溶液；

d)制備紡絲液：將步驟(a)得到的聚偏氟乙烯溶液，步驟(b)得到的聚合物凝膠/金納米粒子雜化物分散液以及步驟(c)得到的制孔劑溶液按質量比99～60∶1～40∶0～20混合，溶解，脫氣，得到紡絲液；

e)芯液制備：使用非溶劑或非溶劑與溶劑混合物制備芯液，其中非溶劑與溶劑的的質量比為100∶0到90∶10；

f)凝固浴制備：使用非溶劑或非溶劑與溶劑混合物制備凝固浴，其中非溶劑與溶劑的的質量比為100∶0到90∶10；

g)雜化膜制備：采用干-濕紡絲方法，在干紡程0.5-25cm，所述紡絲液的溫度50-70℃，所述芯液和凝固浴溫度10-30℃條件下，使用上述步驟(e)制備的芯液和上述步驟(f)制備的凝固浴，將上述步驟(d)得到的紡絲液紡制得到所述的中空纖維雜化膜。

所述的聚合物凝膠/金納米粒子雜化物是采用如下方法制備的：

a)聚合物凝膠的制備：將聚合物單體(甲基)丙烯酸或4-乙烯基吡啶50g，交聯劑MBAA0.5g和引發劑KPS?0.5g溶解在1000mL水，在75℃、氮氣保護條件下進行自由基聚合，得到聚(甲基)丙烯酸或聚4-乙烯基吡啶凝膠；