[發明專利]一種超疏水復合多孔膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310135756.2
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103191855A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 李保安;張婧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D3/02;C09D183/04;C09D133/12;C09D7/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種超疏水復合多孔膜及其制備方法，以及利用表面噴涂技術制備超疏水膜的方法。

背景技術

膜蒸餾（MD）是一種以疏水微孔膜為介質、由膜兩側的溫差引起的蒸汽壓差為推動力的新型膜過程，具有分離效率高、操作溫度低、能量消耗低等優勢，在海水淡化和污水處理中具有良好的應用前景。膜蒸餾用膜需要滿足疏水性和多孔性兩個要求，以保證料液既不會滲入到微孔內又可以獲得較高的通量。目前膜蒸餾所用疏水膜的制備材料主要有聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯以及疏水改性膜等。

在膜蒸餾過程中膜污染是影響膜蒸餾技術廣泛工業化應用的巨大障礙。隨著膜蒸餾過程的進行，料液不斷被濃縮，由于料液側邊界層內濃差極化和溫差極化的作用，使膜表面濃度高于料液主體濃度以及膜表面溫度低于料液主體溫度，導致易結晶離子在膜表面達到過飽和而成核結晶，造成膜潤濕及膜污染。

另外，具有廣泛應用前景的膜吸收所用的膜也為疏水性多孔膜，在其應用過程中膜的污染現象也是影響其使用性能的主要因素之一。

受荷葉效應的啟發，具備超疏水性能的固體材料表面受到關注。超疏水表面具有防水、防霧、自清潔等特點。理論和實踐表明，將超疏水膜用于膜蒸餾及膜吸收過程中，能有效改善膜使用過程中的污染現象。超疏水表面的制備機理可分為兩大類：一是在低表面能物質表面構建粗糙結構，二是用低表面能物質對粗糙表面進行改性。目前，已經有很多方法用來構建超疏水表面，包括溶膠-凝膠法、等離子體處理、化學氣相沉積、刻蝕等。然而這些方法需要昂貴的設備或復雜的工藝流程，難以大規模制備。本技術方案即是發明了用一種簡單的噴涂方法制備超疏水復合多孔膜的方法。

發明內容

本發明提供了一種超疏水平板復合多孔膜及其制備方法，以獲得表面具有納-微二元結構的平板復合膜，其表面與水的接觸角達到150°以上、滾動角小于5°，并具有較高的液體突破壓力，能夠顯著改善膜蒸餾處理高鹽廢水過程中的污染問題。超疏水涂層的主要成分為納米粒子，采用噴涂-沉淀法制備超疏水表面，制作工藝簡單、無需復雜的化學處理、也不需要昂貴的設備。

本發明的技術方案如下：

一種超疏水平板復合多孔膜，超疏水平板復合多孔膜表面的主要復合材料為納米粒子，超疏水表面物質的復合方法為噴涂-沉淀法。

表面具有納-微二元結構的平板復合膜，表面與水的接觸角達到150°以上、滾動角小于5°；超疏水涂層的主要成分為納米粒子。

所述的納米粒子包括但不限定于納米二氧化硅、納米二氧化鈦或納米氧化鋅的一種或多種組合。

本發明的超疏水平板復合多孔膜制備方法，步驟如下：

（1）噴涂溶液的制備：將疏水納米粒子、膠黏劑和稀釋劑均勻混合形成噴涂液；

（2）噴涂：利用噴涂-沉淀法將噴涂液均勻噴涂于基底膜表面；

（3）后處理：將噴涂有納米粒子的改性膜在15～80°C溫度下干燥10～40h，得超疏

水平板復合膜。

所述的膠黏劑包括但不限定于聚硅氧烷或聚甲基丙烯酸的一種或多種組合。

所述的稀釋劑包括但不限定于甲苯、丙酮或醋酸乙酯一種或多種組合。

所述的均勻混合，其方法為超聲分散。

所述的所用的噴涂溶液中疏水納米粒子的質量分數為0.5%～10%，膠黏劑的質量分數為0.5%～15%，稀釋劑的質量分數為75%～99%。

所述的基底膜是平面多孔膜或管式（包括中空纖維）膜。

對上述超疏水改性膜進行表面疏水性和表面結構的表征以及液體突破壓力的測試，所用儀器包括接觸角測定儀、場發射掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）以及皂膜流量計等。

測定本發明對聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜改性后水接觸角可由改性前的102°升高到改性后的156°；液體突破壓力由原來的210kPa提高到275kPa；掃描電鏡圖片顯示改性膜表面有一薄層納突結構；聚偏氟乙烯平板膜表面的均方根粗糙度可由原本的72.1nm提高到173.7nm。

本發明制備超疏水復合膜的優點在于：制備過程簡單、無需昂貴的設備，容易規模化。

附圖說明

圖1為實施例1中未改性前聚偏氟乙烯膜表面的掃描電鏡照片。

圖2為實施例1中超疏水改性后的聚偏氟乙烯膜表面的掃描電鏡照片。

圖3為實施例1中超疏水改性后的聚偏氟乙烯膜斷面的硅元素分布圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明。