[發明專利]一種親水化聚偏氟乙烯雜化膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710481037.4
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107126849B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 申向;汪帆
• 申請（專利權）人: 曲靖師范學院
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/02;B01D69/06;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 云南省曲靖市專利事務所 53104
• 代理人: 許永昌;郎正德

一種親水化聚偏氟乙烯雜化膜的制備方法，包括：通過硅烷偶聯劑γ?氯丙基三乙氧基硅烷（KH?230）對二氧化鋯（ZrO₂）納米粒子處理，得到表面含氯基團的納米粒子ZrO₂?Cl；通過原子轉移自由基聚合（ATRP）法將聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA）接枝到ZrO₂?Cl納米粒子上，得到PDMAEMA改性的ZrO₂的納米粒子ZrO₂?g?PDMAEMA；以聚偏氟乙烯（PVDF）為膜材料，ZrO₂?g?PDMAEMA和聚乙二醇（PEG）為添加劑，制備親水化PVDF/ZrO₂?g?PDMAEMA雜化分離膜。此雜化膜親水性優于純PVDF膜，膜表面吸附的蛋白質顯著降低，作污水處理分離膜利用。

技術領域

本發明屬于一種親水化聚偏氟乙烯雜化膜的制備方法，具體涉及一種親水化有機-無機雜化聚偏氟乙烯分離膜制備技術。

背景技術

近年來，隨著膜分離技術研究的不斷深入和應用市場的擴大，膜分離技術已逐漸成為污水處理、石油化工、食品工業等行業應用的一支重要力量。膜分離技術的核心是分離膜材料。目前，常用的分離膜以有機高分子材料為主，其中聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的機械性能、化學穩定性和成膜性，可用應用于制備超濾和微濾膜。PVDF膜疏水性較強，因而是良好的膜蒸餾材料。但也正是PVDF膜由于其較強的疏水性，其表面能較低，具有潛在的親油性能，導致在膜分離過程中產生嚴重的膜污染現象。例如以膜法污水處理為例，料液中的微粒、膠體粒子、溶質大分子或碳氫化合物與分離膜之間存在物理、化學、生化或機械作用，引起污染物在膜表面或膜孔內吸附、沉積，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生透過通量與分離特性大幅度降低，膜污染會導致分離膜的服役性能劣化。

研究表明，在PVDF成膜過程中引入親水的無機納米粒子材料制備有機-無機雜化膜，是改善膜抗污染能力的有效手段。常用的無機納米粒子包括氧化鋅（ZnO）、三氧化二鋁（Al₂O₃）、二氧化鈦（TiO₂）、碳納米管（CNT）及氧化石墨烯等。但在成膜過程中，無機納米粒子與PVDF的相容性較差，極易在膜材料結構中團聚，致使分離膜的抗污染性能不穩定。因此，如何提高無機納米粒子與PVDF膜材料的相容性是制備有機-無機雜化PVDF膜的關鍵因素。

本發明中，以親水的聚合物材料聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA）對無機納米粒子二氧化鋯（ZrO₂）進行改性，進而將改性納米粒子與PVDF進行雜化制備分離膜。納米粒子中引入有機聚合物鏈段后，可明顯提高納米粒子與PVDF的相容性能。同時，賦予PVDF膜良好的抗污染能力。

發明內容

本發明的目的是公開一種親水化聚偏氟乙烯雜化膜的制備方法，解決現有無機納米粒子改性PVDF膜過程中，納米粒子易于發生團聚，造成分離膜的親水性能不穩定的缺陷，采用聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA）對ZrO₂納米粒子進行官能化改性，使其能在PVDF膜中均勻分布，得到一種親水性能穩定的雜化PVDF平板分離膜。

技術方案如下：

一種親水化聚偏氟乙烯雜化膜的制備方法，包括以下步驟：（1）通過硅烷偶聯劑γ-氯丙基三乙氧基硅烷（KH-230）對二氧化鋯（ZrO₂）納米粒子處理，得到表面含氯基團的納米粒子ZrO₂-Cl；（2）通過原子轉移自由基聚合（ATRP）法將聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA）接枝到ZrO₂-Cl納米粒子上，得到PDMAEMA改性的ZrO₂的納米粒子ZrO₂-g-PDMAEMA；（3）以聚偏氟乙烯（PVDF）為膜材料，ZrO₂-g-PDMAEMA和聚乙二醇（PEG）為添加劑，制備親水化PVDF/ZrO₂-g-PDMAEMA有機-無機雜化分離膜。