[發明專利]一種抗污染自清潔聚偏氟乙烯平板超濾膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710239006.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106902650B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 周守勇;薛愛蓮;趙宜江;楊禹;魏東陽;李梅生;張艷;張莉莉;邢衛紅;嚴夢;李常華;徐珊珊;荀莎莎
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D71/02;B01D69/06;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發明公開了一種抗污染自清潔型聚偏氟乙烯平板超濾膜及其制備方法。以磷酸三乙酯為溶劑，將一定量的凹凸棒石?類石墨相氮化碳復合材料顆粒超聲分散在其中，加入聚偏氟乙烯和兩親性共聚物并劇烈機械攪拌至溶解，再加入致孔劑聚乙二醇并攪拌均勻，最后靜置脫泡得鑄膜液；以凹凸棒石?類石墨相氮化碳復合材料水懸浮液為凝固浴，采用浸沒沉淀相轉化制成平板膜。本發明利用凹凸棒石獨特的納米纖維結構與聚偏氟乙烯形成的三維網狀結構從而有效改善純聚偏氟乙烯超濾膜的結構和強度，增強膜壓密性能，同時更為重要的是能利用處于超濾膜表面和本體的類石墨相氮化碳的光催化性能，實現膜抗污染及自清潔，提升膜分離過程的經濟性。

技術領域

本發明涉及一種抗污染自清潔型聚偏氟乙烯超濾膜及其制備方法和應用，屬于膜分離材料技術領域。

背景技術

近年來，以聚偏氟乙烯( PVDF) 為主材料制備超濾膜倍受關注，PVDF 材料具有機械性能優良、化學性能穩定、抗酸堿腐蝕、制備工藝簡單、 成本較低等諸多優點。但是PVDF的表面能極低，疏水性較強，導致其成膜后水通量較低，在使用過程中截留物易吸附在膜表面及膜孔內致使膜孔堵塞，使膜體抗污染，通量衰減很快，降低了膜的使用壽命，并且清洗十分困難。所以，為擴大 PVDF 膜的應用范圍與使用壽命，提高 PVDF 膜 的親水性能、避免膜污染顯得尤為重要。

目前，對PVDF膜改性的方法主要有表面改性和共混改性兩大類。表面改性主要有表面涂覆和表面接枝。前者操作簡單但改性劑在膜使用過程中易流失，且脫落的改性物質也會對膜造成污染；后者需后處理且改性不夠均勻，甚至會堵塞模孔，損害膜性能。共混改性則是在制備鑄膜液過程中完成膜改性，不需繁瑣的后處理過程，且改性劑能同時覆蓋膜表面和膜孔內壁，不會引起膜結構的破壞。常見的共混劑有三種：親水性聚合物、雙親聚合物、無機納米粒子。

近年來，無機納米粒子備受青睞，由于無機納米粒子親水但不溶于水，可以避免其從膜材料中流失且操作簡單，改性均勻，效果持久，將無機納米粒子與高分子膜材料共混，既能改善膜結構，又能使其兼具高分子膜的韌性及無機膜的耐高溫性。但是，無機納米粒子比表面積較大，很容易團聚在一起，且親水性的無機納米粒子與高分子膜材料相容性差。傳統無機納米粒子（Al2O3，TiO2等）在膜制備和使用中易發生脫落，影響膜的性能和改性效果。碳納米管等一維納米材料可通過高分子鏈的纏繞提高自身穩定性，但其成本較高。中國發明專利（CN201410439685.X）公開了將納米凹凸棒石引入高分子膜制備凹凸棒石/聚偏氟乙烯納米復合超濾膜及其制備方法。通過將納米凹凸棒石引入聚偏氟乙烯超濾膜，利用凹凸棒石獨特的納米纖維結構及其與聚偏氟乙烯形成的三維網狀結構有效改善聚偏氟乙烯超濾膜的結構和強度，同時利用凹凸棒石高親水特性提高聚偏氟乙烯超濾膜的滲透性、親水性和抗污染能力。

近年發展起來的將光催化和膜分離耦合的技術能利用光催化劑對污染物質進行氧化降解使得膜污染引起的膜通量下降問題得以解決或者減輕，賦予膜自清潔性能。在眾多光催化劑中類石墨相氮化碳g-C₃N₄作為一種廉價、穩定、具有良好可見光響應的聚合物半導體光催化劑，越來越受到人們的廣泛關注。但是，在現有的g-C₃N₄ 光催化體系中，都需要催化劑分散在溶劑中并與目標物充分接觸，活性粒子經催化劑表面作用于目標物，所以g-C₃N₄的比表面積和微觀形貌也影響了其光催化性能。將g-C₃N₄聚合物通過化學鍵合作用牢固負載在其它載體上，可獲得高效、穩定的耦合型g-C₃N₄復合材料。CN106179447A公開了一種強耦合型凹凸棒土-KHX-g-C3N4復合材料的制備方法，強耦合型凹凸棒土-KHX-g-C3N4復合材料具有良好的催化性能。在共混改性中，由于納米顆粒被包裹在高分子膜材料中，嚴重影響其光催化性能的發揮，而相比于共混改性，利用納米顆粒原位植入對超濾膜表面進行改性能使納米顆粒曝露在膜表面，與污染物質直接作用，但是納米顆粒的植入只改變了超濾膜的表面形貌，對其本體的結構和性能沒有改善。

發明內容