[發(fā)明專利]一種聚偏氟乙烯/TiO2納米溶膠復(fù)合超濾膜的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610116417.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN105749766A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志偉;張杰;王巧英;曾豪;陳妹;鄭君健;潘辰;張星冉;王煊博;吳志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/34
• 分類號(hào): B01D71/34;B01D69/12;B01D67/00;B01D61/14;C02F1/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚偏氟乙烯/TiO₂納米溶膠復(fù)合超濾膜的制備方法，涉及納米溶膠、鑄膜液、成膜的制備三個(gè)階段，所制備膜適用于膜法污水處理工藝，尤其是膜生物反應(yīng)器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

膜法污水處理工藝是將膜分離技術(shù)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域而開發(fā)的新型工藝，因具有能耗低、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。其中，膜生物反應(yīng)器技術(shù)是將膜分離技術(shù)與污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的廢水處理新工藝，具有出水水質(zhì)好、設(shè)備緊湊、占地面積少、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理及回用方面有著廣闊的應(yīng)用前景。作為膜生物反應(yīng)器以及膜法污水處理技術(shù)的核心，膜的性能是影響其使用壽命及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素，膜污染是限制膜技術(shù)應(yīng)用拓展的關(guān)鍵，因此其抗污染改性是膜技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

膜材料種類繁多，其中不乏性能優(yōu)良的聚合物材料，其中聚偏氟乙烯因具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和成膜性、耐熱性和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)在近年來備受關(guān)注。但其分子結(jié)構(gòu)決定了其表面能低和較強(qiáng)的疏水本質(zhì)，因此在進(jìn)行水相分離時(shí)，單一組分的聚偏氟乙烯膜很容易吸附水中蛋白質(zhì)、膠體粒子等疏水性物質(zhì)而導(dǎo)致膜孔堵塞和污染，造成膜過濾性能降低，需要頻繁的清洗，從而縮短了使用壽命，限制了其應(yīng)用范圍。而對(duì)聚偏氟乙烯膜的親水改性可減少膜表面與截留污染物之間尤其是與蛋白質(zhì)之間的相互作用，從而減少污染物質(zhì)的吸附，提高膜的抗污染性能。膜的親水改性主要有兩種方法：表面改性和本體改性。膜的表面改性包括表面接枝、涂敷和表面化學(xué)處理等，但是表面改性存在著效果不能持久等問題影響其在實(shí)際污水處理中的應(yīng)用；本體改性方法包括共混改性和共聚改性，其中共混改性方法由于添加劑可以與膜基體之間通過各種化學(xué)鍵以及其他物理化學(xué)作用緊密結(jié)合，改性效果穩(wěn)定，且操作較為簡(jiǎn)單而受到廣泛關(guān)注。共混改性的材料包括如聚乙烯醇、聚醚砜等的親水性高分子材料和如納米SiO₂、納米TiO₂等的無機(jī)納米材料。近年來，納米材料因其小尺寸效應(yīng)、親水等性質(zhì)被普遍應(yīng)用于膜改性，其中納米TiO₂因?qū)儆诟哂H水材料（接觸角<18°），具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗菌性、無毒等特點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。但納米顆粒較高的表面能和比表面積則增加了納米材料間相互作用力和表面活性，使得顆粒相互間易發(fā)生團(tuán)聚和集聚，很難均勻分散，影響了納米共混膜改性效能。

CN102091540A公開了磺化聚醚砜/TiO₂納米復(fù)合超濾膜的制備方法，依次包括(1)濕態(tài)磺化聚醚砜超濾膜的制備、(2)納米TiO₂膠體分散液的制備和(3)磺化聚醚砜/TiO₂納米復(fù)合超濾膜的自組裝制備三個(gè)步驟。步驟(1)與本專利中預(yù)鑄膜液的制備過程類似。而步驟(2)為：將顆粒尺度為5-40nm的納米TiO₂粉體與分散劑按質(zhì)量比1:(0.1-0.2)加入蒸餾水中，在室溫下超聲處理0.5-1.0h形成納米TiO₂膠體分散液。步驟(3)為：將濕態(tài)磺化聚醚砜超濾膜從凝固浴中取出，浸泡在步驟(2)納米TiO₂膠體分散液中超聲振蕩1-5min，靜置1-3h，納米TiO₂在磺化聚醚砜膜表面自組裝形成濕態(tài)磺化聚醚砜/TiO₂納米復(fù)合超濾膜，再經(jīng)過醇水溶液洗滌并低溫干燥40-50℃干燥，得到磺化聚醚砜/TiO₂納米復(fù)合超濾膜。首先，該專利中納米TiO₂膠體分散液是通過粉體態(tài)顆粒的加入而制得的，納米粉體顆粒的團(tuán)聚使得其較難分散均勻。其次，該專利中磺化聚醚砜/TiO₂納米復(fù)合超濾膜是通過納米顆粒在聚醚砜膜表面的自組裝形成的，由于納米TiO₂粒子屬于強(qiáng)極性材料與磺化聚醚砜基料的粘結(jié)性差，且分散在膜表面的納米粒子極易脫落，膜性能較難穩(wěn)定，限制其在實(shí)際膜法污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服常規(guī)納米改性膜制備方法的不足，提供一種能夠最大限度地降低納米團(tuán)聚所引起共混膜的納米分布不均勻的問題，通過使用納米溶膠液保證鑄膜液的穩(wěn)定性，提升納米復(fù)合膜的過濾性能和抗污染性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明所涉及的聚偏氟乙烯/納米TiO₂溶膠復(fù)合超濾膜的制備方法，包括如下步驟：