[發明專利]一種有機-無機雜化分離膜的制備方法

無效

• 申請號: 201310368448.4
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104415668A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 康國棟;曹義鳴;于海軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/68;B01D71/38
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種有機-無機雜化分離膜的制備方法。

背景技術

隨著我國經濟和社會的不斷發展，淡水資源供需矛盾日益突出，廢水排放對環境造成的污染日益嚴重，水問題已經成為影響國計民生的問題。作為一項高新技術，膜分離由于其能耗低、分離效率高、設備簡單和無二次污染等特點和優點，近年來已開始被應用于海水淡化、廢水處理以及環境保護等領域，并取得很好的經濟和社會效益。在我國的發展戰略里，政府也把采用膜技術進行水處理和水的回用列為解決水資源問題的重要途徑之一。隨著膜技術的擴大應用，對分離膜的性能也提出了更高的要求。

目前，膜污染是限制水處理用分離膜實際應用的主要問題之一。膜污染是指被處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜發生物理化學相互作用或因濃差極化而引起的在膜表面或膜孔內吸附、沉積或阻塞而造成膜滲透通量與分離性能不可逆變化的現象。污染造成的通量衰減和分離特性的改變會造成清洗次數和生產操作成本的增加，并縮短膜的使用壽命，嚴重影響膜過程的實用性。因此，研究和開發耐污染的分離膜得到人們廣泛關注。

研究已證明，在分離膜中引入無機納米粒子是增強膜親水性、提高耐污染性能的有效途徑。有機/無機雜化膜結合了傳統有機膜與無機膜的優良性能，是近年來膜領域的研究熱點。有機-無機雜化也成為研制耐污染分離膜簡單、有效的途徑之一。不過，由于無機納米粒子與有機聚合物之間存在性質差異，在有機-無機雜化膜制備過程中常常出現因納米粒子團聚而導致分散性不佳的問題。很多學者發現當添加的納米粒子含量達到一定程度時就會產生嚴重的團聚現象，影響了制膜的重復性和分離膜的性能。目前通常使用簡單的超聲方法來分散納米粒子，但無法從根本上解決這一問題。

本發明對有機-無機雜化膜制備方法提出了改進，通過無機納米粒子的表面修飾來解決其團聚問題、改善其分散性，這將從根本上提高有機-無機雜化分離膜的制備重復性和耐污染性能。本發明工藝簡單、操作方便，制備的有機-無機雜化分離膜擁有更佳的耐污染能力，具有很好的應用前景。

發明內容

發明擬解決的問題

現階段制備有機-無機雜化膜的方法主要是通過在有機聚合物鑄膜液中直接添加無機粒子，但由于無機粒子的表面能高、與聚合物膜材料親和性差，容易出現團聚結塊、分散不均、制膜重復性差等問題。本發明的目的是提供一種有機-無機雜化分離膜的制備方法，通過無機納米粒子的表面修飾抑制其團聚現象、改善在鑄膜液中的分散性、提高制膜重復性和分離膜的抗污染性能。

用于解決課題的方法

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：首先將無機納米粒子進行表面修飾，降低其表面能，增強與聚合物膜材料間的相容性；然后將表面改性的無機納米粒子、聚合物膜材料、添加劑及溶劑混合得到鑄膜液；最后通過相轉化方法制備平板或中空纖維有機-無機雜化分離膜。

所述的無機納米粒子為二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋅、三氧化二鋁等，其粒徑為5-500nm；

所述的表面修飾指通過物理吸附或化學反應在納米粒子表面形成或接枝有機官能團或分子鏈，以達到降低其表面能、增強與聚合物膜材料間相容性的目的；

所述的無機納米粒子表面修飾方法可包括表面活性劑吸附、偶聯劑處理、酯化反應、表面接枝、聚合物包覆等，具體可采用相關現有公知技術；（參考文獻：[1]薛茹君、吳玉程，無機納米材料的表面修飾改性與物性研究，合肥工業大學出版社，2009年；[2]劉吉平、郝向陽，聚合物基納米改性材料，科學出版社，2009年）

所述的聚合物膜材料為聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等中的一種或幾種；

所述的添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇單甲醚、甘油、氯化鋰、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉、水等中的一種或幾種；

所述的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、氯仿、三磷酸乙酯等中的一種或幾種；

所述的鑄膜液中各物質的質量百分含量分別為：表面修飾后的無機納米粒子0.15-10%、有機聚合物12-28%、添加劑0-20%，其余為溶劑含量。

現階段制備有機-無機雜化膜的方法主要是通過在有機聚合物鑄膜液中直接添加無機粒子，但由于無機粒子的表面能高、與聚合物膜材料親和性差，容易出現團聚結塊、分散不均、制膜重復性差等問題。與現有技術相比，本發明顯著抑制了無機納米粒子的團聚現象，改善了其在鑄膜液中的分散性，制膜重復性更佳。制備的有機-無機雜化分離膜具有更好的分離特性、機械強度和抗污染性能。

具體實施方式