[發(fā)明專利]以壓電材料為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611028076.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN106693724B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱鳴慧;范益群;毛恒洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/02
• 分類號(hào): B01D71/02;B01D69/10;B01D69/02;B01D67/00;B01D65/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

本發(fā)明涉及一種以壓電材料為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜，其特征在于支撐體為多孔導(dǎo)電材料，平均孔徑為1?20um；分離層為多孔壓電陶瓷，平均孔徑為1?1000nm。以壓電材料為原料在導(dǎo)電支撐體表面制備分離層，將濕膜晾干、烘干、煅燒，自然降溫制備非對(duì)稱結(jié)構(gòu)膜；將非對(duì)稱膜進(jìn)行高壓極化即得非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的原位超聲抗污染膜。本發(fā)明制備的分離膜孔徑可在1?1000nm進(jìn)行調(diào)控以滿足不同分離體系的需求；同時(shí)在電場(chǎng)作用下，壓電分離層在分離過(guò)程中可以產(chǎn)生原位超聲，具有顯著的抗污染效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原位超聲抗污染膜及其制備方法，尤其涉及以導(dǎo)電材料為支撐體，以壓電材料為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜及其制備方法。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在膜兩邊施加一定推動(dòng)力，使原料側(cè)組分選擇性地透過(guò)膜，以達(dá)到分離提純目的。它具有無(wú)相變、低能耗、高效率、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且無(wú)機(jī)膜具有耐酸堿腐蝕、耐有機(jī)溶劑、耐高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，膜污染是膜分離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中面臨的共性難題，污染物會(huì)堆積在膜表面或者膜孔道內(nèi)造成膜污染現(xiàn)象，不僅使膜過(guò)濾通量嚴(yán)重衰減，還可能影響膜對(duì)分離物質(zhì)的截留性能，直接影響膜分離過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

壓電材料是一類受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端出現(xiàn)電壓的晶體材料，壓電材料經(jīng)過(guò)高壓極化后內(nèi)部原先隨機(jī)取向的晶粒會(huì)在直流電壓作用下取向于所加電場(chǎng)方向，并在電場(chǎng)撤銷之后保持正負(fù)極分離的狀態(tài)。此時(shí)在其兩端施加交流電場(chǎng)可以使壓電材料產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，根據(jù)壓電材料可以使交流電轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)，可以將壓電材料制備成分離膜，使膜材料成為原位超聲發(fā)射源，在分離過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，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(bào)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(duì)稱結(jié)構(gòu)PVDF有機(jī)振動(dòng)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(duì)稱結(jié)構(gòu)PZT電陶振動(dòng)瓷膜。這兩種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的原位超聲膜均表現(xiàn)出了良好的抗污染性能，這兩種膜都是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的膜具有更好的滲透性能和分離性能，因此制備具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的原位超聲抗污染膜具有極大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有的原位機(jī)械振動(dòng)膜均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了提高機(jī)械振動(dòng)膜的分離性能和滲透性能，需要制備非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的原位機(jī)械振動(dòng)膜；因此提供了以壓電材料為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜，本發(fā)明還提供了上述非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜的制備及應(yīng)用，在確保原位超聲抗污染性能的同時(shí)減小了膜的平均孔徑，提高了膜的分離精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：以壓電陶瓷為原料在多孔導(dǎo)電支撐體表面制備分離層，改變壓電材料顆粒尺寸從而調(diào)節(jié)膜層孔徑大小。導(dǎo)電支撐體可以提供較高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)可以作為電極起到導(dǎo)電作用；壓電分離層可以提高非對(duì)稱膜的分離精度，同時(shí)經(jīng)過(guò)極化后具備壓電性能，在外加電場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生原位超聲起到抗污染作用。

本發(fā)明的具體方案為：一種以壓電材料為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜，其特征在于支撐體為多孔導(dǎo)電材料，平均孔徑為1-20um；分離層為多孔壓電陶瓷，平均孔徑為1-1000nm。

優(yōu)選上述的多孔導(dǎo)電材料為多孔碳、多孔金屬鈦、泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、不銹鋼或合金中的一種；支撐體多孔導(dǎo)電材料為片狀或管狀結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)原位超聲抗污染膜的共振頻率為20-500kHz。

優(yōu)選上述的多孔壓電陶瓷的材質(zhì)為鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、偏鈮酸鹽、鈮錳酸鉛、鈮鋅酸鉛或石英中的一種或者其混合物；分離層的層數(shù)為1-5層。