[發明專利]一種低溫水熱法制備強親水性抗污染復合膜及其應用

在審

• 申請號: 201310755760.9
• 申請日: 2013-12-28
• 公開（公告）號: CN103861467A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 楊志宏;范青如;梅從明;秦愛冬;馮金榮;賈伯林;金建新;施東海;邢巖;周圓圓;徐春峰;萬沖;姚鋼;房燕
• 申請（專利權）人: 太平洋水處理工程有限公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00;B01D71/02;B01D71/68;B01D71/34;C02F1/44;C02F3/00
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技術領域

本發明涉及一種復合膜的制備方法技術領域，尤其涉及一種低溫水熱法制備強親水性抗污染復合膜及其應用。?

背景技術

在過去的三十年中，膜分離技術正越來越受到人們的青睞并成為21世紀最具應用前景的分離技術之一。其中，超濾(孔徑10-1000埃)膜因能耗低，對懸浮顆粒物和細菌的截留率高，而廣泛應用于海水淡化預處理、市政污水(MBR)和飲用水水廠。但是，膜污染問題正嚴重阻礙著超濾技術的應用(W.S.Guo，H.H.Ngo，J.X.Li.Bioresource?Technology，2012，122：27-34.)。膜污染可分為可恢復性和不可恢復性兩種：前者可通過物理(如，曝氣、反洗)／化學清洗以及適當的前處理工藝(如，O₃、KMnO₄預氧化)緩解，但往往意味著更多的電能和化學藥劑損耗；而后者則意味著部分膜性能的永久喪失，產水量降低。本質上講，污染的發生與膜材料和表面形貌特征息息相關，因此，高性能分離膜的開發對膜分離技術的應用至關重要。?

研究表明，不可恢復性污染主要由水體中腐殖質、蛋白質、多糖等天然有機物(NOMs)造成，其中以腐殖質和蛋白質類污染最為嚴重。腐殖質的精確結構至今仍不明了，是一類以烷基和芳環為骨架，并交聯了多種功能化基團的化合物，由于羧基、甲氧基和苯酚基團的存在，與蛋白質一樣，腐殖質荷負電并呈疏水性。據此，在新型抗污染膜的制備和改性研究中，膜親水性的提高成為重點。常用的親水性添加劑主要有聚乙二醇、殼聚糖、納米TiO₂顆粒等。其中，納米TiO₂顆粒有其特殊性：(1)TiO₂本身是一種高效光催化劑，在光照下會生成氧化性極強的光生電子空穴來降解有機物和殺滅微生物，因此具有自清潔功能，此外，TiO₂在黑暗條件下也可表現出抑菌特性；(2)TiO₂本質上屬于Lewis堿(孤對電子存在)，因而膜表面的TiO₂的存在會使膜表面荷負電，電荷排斥作用可提高膜對腐殖質的抗污性能；(3)TiO₂表面具有親水性羥基存在，從而可以提高膜表面的親水性。?

目前，將TiO₂與有機膜的結合主要分為兩種形式：浸漬-沉積法和共混-相分離法。第一種方式是將膜浸入納米TiO₂顆粒溶液，通過吸附沉積作用在膜表面和孔道內部形成涂層，該法的最大缺點在于涂層的不穩定性，隨著使用時間的延長，涂層會明顯脫落。第二種方式通過在鑄膜液中添加一定量的納米TiO₂，通過相轉化法制備復合膜。其不足在于低TiO₂負載量下對膜的親水性改善有限而高負載量下又導致膜形變嚴重以及機械性能下降，此外，若TiO₂表面未經處理(一般為烷基化)，也難以保持在膜內部的均一分布。?

溶膠-凝膠／煅燒法可以制備出均勻穩定的TiO₂薄膜，但傳統方法需加熱至400℃以上，從而不能用于對有機膜的改性。Y.H.Yue和Z.Gao(Y.H.Yue，Zi?Gao.Chemical?Communication，2000：1755-1756.)于2000年發現，TiO2前驅體凝膠可以在80-180℃低溫水熱條件下生成較為完整的銳鈦礦晶型。利用這一特性，X.J.Mao等(Xi.J.Mao，B.B?Chen，C.Z.Huang，etal.Journal?of?Chromatography?A，2011，1218：1-9.)在80℃水熱條件下成功制備了具有銳鈦礦晶型的PP／TiO₂復合膜，并將之與HPLC／ICP-MS聯用，用于了苯砷酸系列化合物的檢測。但其在水污染控制中的應用還未檢出相關文獻。?

綜上所述，納米TiO₂具有優異的親水、自清潔和抑菌特性，利用低溫水熱法完全可以制備出穩定、抗污染性能強的復合膜。?

因此，需要提供一種低溫水熱法制備強親水性抗污染復合膜及其應用來解決上述問題。?

發明內容