[發明專利]一種非對稱結構的原位超聲抗污染膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201611015544.0
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106693723B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 邱鳴慧;范益群;毛恒洋
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/10;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/00;B01D46/54;B01D17/00;B01D17/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

本發明涉及一種非對稱結構原位超聲抗污染膜及其制備方法，以壓電陶瓷為原料制備非對稱結構膜；將非對稱膜進行高壓極化即得非對稱結構的原位超聲抗污染膜。本發明制備的分離膜孔徑可在1?1000nm進行調控以滿足不同分離體系的需求；同時在電場作用下，非對稱結構壓電膜在分離過程中可以產生原位超聲，具有顯著的抗污染效果。

技術領域

本發明涉及原位超聲抗污染膜及其制備方法，尤其涉及以壓電材料為支撐體及分離層的非對稱結構原位超聲抗污染膜及其制備方法。

背景技術

膜分離技術以選擇性透膜為分離介質，通過在膜兩邊施加一定推動力，使原料側組分選擇性地透過膜，以達到分離提純目的。它具有無相變、低能耗、高效率、工藝簡單等優點，并且陶瓷膜具有耐酸堿腐蝕、耐有機溶劑、耐高溫高壓等優點，因此具有非常廣闊的應用前景。然而，膜污染是膜分離技術在實際應用過程中面臨的共性難題，污染物會堆積在膜表面或者膜孔道內造成膜污染現象，不僅使膜過濾通量嚴重衰減，還可能影響膜對分離物質的截留性能，直接影響膜分離過程的經濟性與可靠性。

壓電材料是一類受到壓力作用時會在兩端出現電壓的晶體材料，壓電材料經過高壓極化后內部原先隨機取向的晶粒會在直流電壓作用下取向于所加電場方向，并在電場撤銷之后保持正負極分離的狀態。此時在其兩端施加交流電場可以使壓電材料產生機械振動，根據壓電材料可以使交流電轉換為機械振動的特點，可以將壓電材料制備成分離膜，使膜材料成為原位超聲發射源，在分離過程中產生機械振動，從而起到緩解甚至避免膜污染的作用。

目前，以壓電材料為原料制備抗污染分離膜的報道主要有Darestani(J MembraneSci，2013，435：226-232)以PVDF為原料制備了孔徑為220nm，厚度為123μm的對稱結構PVDF有機振動膜；Qiu(J Membrane Sci， 2015，,44:120-135)以鋯鈦酸鉛陶瓷為原料制備了孔徑為365nm的對稱結構PZT 電陶振動瓷膜。這兩種對稱結構的原位超聲膜均表現出了良好的抗污染性能，這兩種膜都是對稱結構，而非對稱結構的膜具有更好的滲透性能和分離性能，因此制備具有非對稱結構的原位超聲抗污染膜具有極大的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的原位振動抗污染膜均為對稱結構，為了提高振動膜的分離性能和滲透性能，需要制備非對稱結構的原位超聲膜。因此提供了一種非對稱結構原位超聲抗污染膜及其制備方法，在確保原位超聲膜抗污染性能的同時減小了膜的平均孔徑，提高了膜的分離精度。

本發明的技術方案為：以多孔壓電陶瓷為支撐體，制備納米級別的顆粒制膜液，并涂覆在多孔壓電陶瓷支撐體表面，煅燒制備分離層。該分離層可以提高非對稱膜的分離精度，同時不影響支撐體的性能。將這種非對稱膜在一定極化條件下進行高壓極化，非對稱膜即具備壓電性能，在外加交流電作用下可以產生原位超聲起到抗污染作用。

本發明的具體方案為：一種非對稱結構原位超聲抗污染膜，其特征在于支撐體及分離層均為多孔壓電陶瓷，支撐體平均孔徑分布為100-3000nm；分離層平均孔徑分布為1-1000nm。

優選上述制備多孔壓電陶瓷的無機材料為鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、偏鈮酸鉛、鈮錳酸鉛、鈮鋅酸鉛或石英中的一種或者其混合物；無機材料顆粒粒徑為5-10000nm。支撐體為片狀或管狀結構；分離層結構為1-5層；非對稱結構原位超聲抗污染膜的共振頻率為20kHz-500kHz。