[發明專利]一種疏水性分離膜材料表面超親水改性的方法

有效

• 申請號: 201410108300.1
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103861465A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 何春菊;趙新振;馬博謀;秦愛文;劉大朋;李翔
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/26;B01D71/34;B01D71/36;B01D71/48;B01D71/68
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明屬于分離膜改性領域，具體涉及分離膜表面的超親水改性，通過在疏水性分離膜表面構筑有機無機層狀包夾構造，制備超親水膜表面。

背景技術

近年來，分離膜在水資源開發利用方面發揮了越來越多的作用，包括污水處理、海水淡化、超純水制備等方面，并且在化工、食品、醫療、新能源等領域也具有極大的應用市場，越來越被大眾熟知。常用的分離膜材料有聚丙烯(PP)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，主要為疏水性的高分子材料，此類材料具有較好的機械穩定性、熱穩定性、化學穩定性和易加工成型的特性，因此也促使商用分離膜中很大一部分為疏水性分離膜材料。但是具有較低表面能的疏水性膜材料在實際分離應用如污水處理、飲用水凈化等方面不可避免的存在膜污染的問題，因為其疏水表面極易與分離環境中的蛋白質、膠體、生物大分子等污染物產生疏水作用，使其粘附并聚集在膜表面和膜孔內，造成分離膜本身分離性能的持續下降，使其使用壽命縮短。另外膜表面的疏水作用使水分子透過膜時的阻力較大，增加了分離能耗。以上兩方面原因大大增加了疏水性分離膜在實際使用中的運營成本，限制了其進一步推廣應用。

為解決上述問題，現階段除通過優化膜組件和操作條件外，對分離膜材料進行表面親水改性成為科研工作者研究的熱點。大量的研究表明，膜表面的親水性增加，有利于水分子優先吸附在膜表面并透過膜，并有利于在膜表面形成親水層結構，形成膜表面保護性近水層構造，可以將各類大分子污染物排斥開來，有效的減少膜實際應用中的污染程度，延長其使用壽命。對膜表面進行超親水改性，則能最大程度上改善疏水性分離膜面臨的膜污染問題，提升其分離效率。

現階段對分離膜的表面親水改性方主要以共混兩親性嵌段共聚物、表面接枝親水聚合物和表面涂覆為主，上述方法存在著改性后親水效果不明顯，改性條件苛刻，改性效果不均勻，不利于規模化生產等各種不利因素。本發明中使用的等離子體技術可以保留材料本體特性的同時均勻的作用于膜材料最表層，使惰性膜表面生成可反應性活性位點，并利用極易發生作用的靜電吸附原理，將親水的聚陰離子電解質海藻酸鈉和帶正電的改性親水性二氧化硅納米粒子有序的引入到膜表面，并能有效的避免納米粒子極易產生的大規模團聚問題，在膜表面形成均勻分布的納米二氧化硅超親水層，實現對疏水性膜材料的表面超親水改性。

發明內容

本發明的目的是提供一種對疏水性分離膜材料進行表面超親水改性的方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種疏水性分離膜材料表面超親水改性的方法，其特征在于，具體步驟包括：

第一步：將疏水性分離膜置于等離子體裝置中，進行表面等離子體放電處理，后置于空氣中進行氧化，生成活性反應位點；

第二步：將經第一步處理后的膜置于均苯三甲酰氯的甲苯溶液中進行反應，反應后取出進行第三步；

第三步：將膜先后置于端氨基改性的親水二氧化硅納米粒子的甲苯溶液和海藻酸鈉水溶液中，得到改性后的疏水性分離膜。

優選地，所述的疏水性分離膜材料表面超親水改性的方法還包括：

第四步：重復進行第三步直到得到需要的表面包夾層數，最后將膜置于蒸餾水中充分清洗。

更優選地，所述的重復次數不小于3次。

優選地，所述的第一步中的等離子體裝置為低壓或者常壓等離子體設備，放電功率50～500瓦，放電處理時間為10～300秒。

優選地，所述的第一步中的氧化時間為10～120分鐘。

優選地，所述的第一步中的疏水性分離膜為PP、PES、PSF、PVDF或PTFE膜。

優選地，所述的第二步中的均苯三甲酰氯的甲苯溶液的重量濃度為0.1％～1％。

優選地，所述的第三步中的親水二氧化硅納米粒子的甲苯溶液的重量濃度為0.5％～2％，海藻酸鈉水溶液的重量濃度為0.1％～1％。

優選地，將膜置于端氨基改性的親水二氧化硅納米粒子的甲苯溶液或海藻酸鈉水溶液之后，需用純乙醇溶液對膜進行清洗，去除膜表面和孔道內多余的甲苯或水。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明通過等離子體技術對疏水性分離膜進行表面預處理，引入反應位點，并引入均苯三甲酰氯進一步活化表面，最后交替在表面氨基改性的親水二氧化硅納米粒子溶液和海藻酸鈉溶液中進行反應吸附，制備膜表面覆蓋有機無機包夾構造的超親水納米粒子層，實現疏水分離膜表面的超親水改性，從而降低疏水分離膜的應用能耗并提升其抗污性能。是一種簡單易行、節能環保、適用于進行規模化生產的膜表面改性方法。

具體實施方式