[發(fā)明專利]一種親水性聚偏氟乙烯改性分離膜及其制備方法

無效

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• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103084074A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 徐志偉;張繼國;吳騰飛;周寶明;李英琳;李寶東;牛家?guī)V;錢曉明
• 申請（專利權）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發(fā)明屬于分離膜改性技術領域，特別是涉及一種親水性聚偏氟乙烯改性分離膜及其制備方法。

背景技術

聚偏氟乙烯具有良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度，是一種綜合性能良好的分離膜材料。目前聚偏氟乙烯親水超濾膜已成功地應用于化工、紡織、食品、生化等工業(yè)領域。但是由于聚偏氟乙烯材料本身疏水性能的限制，使其在膜分離的應用中仍然存在膜親水滲透下降，抗污染能力差等問題。因此對聚偏氟乙烯膜進行親水改性已成為本領域技術人員研究的主要方向。其中，共混改性方法操作簡便，無需預處理，成本低且改性徹底，因此已成為親水膜改性的主要方向。

目前，用于聚偏氟乙烯分離膜改性的無機材料主要有三維的納米Al₂O₃、納米SiO₂、一維的碳納米管與二維的石墨烯等。由于三維的無機粒子不能引進能有效增強聚偏氟乙烯親水性的含氧官能團，且其低比表面積使得其與聚偏氟乙烯的界面結合性也比較差，因而人們把富含含氧官能團和具有高比表面積的低維碳納米材料引入聚偏氟乙烯中，以有效增強其親水性。然而，由于碳納米管的高長徑比和石墨烯片間的π-π相互作用，單獨加入氧化碳納米管或氧化石墨烯都會使氧化碳納米管或氧化石墨烯在溶液及聚合物中極易團聚，從而不能充分發(fā)揮改性材料在膜改性中的作用，因此，尋求一種能夠抑制低維碳納米材料在溶液及聚合物中團聚，并充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢的方法就顯得十分重要。

發(fā)明內容

為了達到上述目的，本發(fā)明的目的在于提供一種制膜工藝簡單，容易實現(xiàn)的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜及其制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜由以重量份計的下列原料制成：

其中氧化碳納米管與氧化石墨烯的質量比為1∶9～9∶1；聚偏氟乙烯溶劑選自N-N二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一種；致孔劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和高氯酸鈉中的一種。

所述的改性分離膜為微濾膜、超濾膜、反滲透膜或納濾膜。

本發(fā)明提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜的制備方法包括按順序進行的下列步驟：

1)將按照上述重量稱取的氧化碳納米管和氧化石墨烯加入到聚偏氟乙烯溶劑中，然后超聲處理直至氧化碳納米管和氧化石墨烯在聚偏氟乙烯溶劑中分散均勻；

2)然后在上述混合液中加入聚偏氟乙烯和致孔劑，之后在40～60℃的水浴中加熱攪拌5～24小時以得到氧化碳納米管和氧化石墨烯分散均勻的鑄膜液；

3)將上述鑄膜液在20～30℃的溫度下靜止放置1～3天脫泡，然后于15～30℃的溫度下在玻璃板上進行刮膜，待刮膜后的鑄膜液在空氣中揮發(fā)10～100秒后慢慢地將其放入去離子水凝固液中凝固成膜，反復換水以脫出聚偏氟乙烯溶劑和致孔劑；

4)最后將上述膜從凝固液中取出即可制得親水性聚偏氟乙烯改性分離膜。

本發(fā)明提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜一方面通過氧化碳納米管與氧化石墨烯中的含氧官能團來增強分離膜的親水性，另一方面片狀結構的氧化石墨烯能夠進入管狀結構的氧化碳納米管網(wǎng)絡中而相互插層，形成較穩(wěn)定的夾心分層結構，因此可以有效地抑制相同納米結構體之間的團聚，且有利于氧化石墨烯向復合膜表面的遷移和組裝，并顯著提高了復合膜中氧化碳納米管與氧化石墨烯與高分子基體的接觸面積，從而增強了膜的親水性和抗污染能力，使得膜的出水通量得到大幅度的提高。另外，低維碳納米材料的加入對聚偏氟乙烯原來的優(yōu)良特性沒有影響，還增加了膜的空間聯(lián)系，提高了膜的強度，延長了膜的壽命。該膜的親水性及滲透性能明顯高于單一碳納米管或石墨烯改性的聚偏氟乙烯過濾膜。此外，本制備方法操作工藝簡單，容易實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為聚偏氟乙烯膜對水的接觸角圖。

圖2為本發(fā)明實施例1提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜對水的接觸角圖。

圖3為本發(fā)明實施例2提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜對水的接觸角圖。

圖4為本發(fā)明實施例3提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜對水的接觸角圖。

圖5為本發(fā)明實施例4提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜對水的接觸角圖。

圖6為本發(fā)明實施例5提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜對水的接觸角圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的親水性聚偏氟乙烯改性分離膜及其制備方法進行詳細說明。

實施例1：