[發明專利]一種壓力響應型親水分離膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810024547.3
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108176260A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 李先鋒;王道輝;王彩云
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D71/36;B01D71/34;B01D71/16;B01D69/02;B01D67/00
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本發明提供了一種膜孔均勻的壓力響應型親水性分離膜的制備方法。包括以下步驟：(1)準確稱量親水性聚合物并將按一定質量分數其溶解于去離子水中，攪拌均勻；(2)多孔支撐膜用酒精和去離子水進行預處理；(3)向親水性聚合物溶液中加入氧化石墨烯及交聯劑制得鑄膜液；(4)將鑄膜液涂附在支撐多孔膜上，并在膜上進行交聯固化；(5)將得到的膜清洗，即可制得壓力響應型親水分離膜。該制備方法過程簡單、成本低、適用范圍廣，制得的膜孔徑具有壓力響應性及正反面通量相異性，并且截留率高、親水性好、不易被污染，污染后反洗時能使膜孔徑增加，清洗更為徹底，可有效延長膜使用壽命。

技術領域

本發明涉及膜材料領域，具體涉及一種膜孔均勻的壓力響應型親水分離膜的制備方法。

背景技術

膜分離技術是最常使用的分離技術用于多種化工及水處理過程中，分離過程中無相變、節能環保。而用以分離的膜可按膜孔孔徑大小分為微濾膜(孔徑在0.05～10μm)、超濾膜(孔徑在1～100nm)、納濾膜(孔徑＜2nm)及反滲透膜(孔徑＜1nm)。膜制備方法也很多，在已商品化的膜中有機多孔膜(微濾和超濾膜)占有相當大比例。有機膜制備方法主要有燒結法、拉伸法、溶出法、相分離法和徑跡刻蝕法。這些方法都是比較成熟的工藝，能得到孔徑均勻的膜，這些方法所得到的膜大多是靜態膜，孔徑相對比較穩定。為保證水通量的穩定，孔徑不同的膜在使用中所施加的壓力也不同。理論上，孔徑不變的膜水通量與所施加壓力呈線性關系。上述方法所制備的膜不具有環境響應性，對使用過程膜污染的清洗效果較差。

膜的改性方法主要有基體改性和表面改性。基體改性又包括共混制膜和共聚改性。共混制膜是將聚合物在制膜的過程中添加到膜材料中，在膜成膜的過程中完成改性。共聚改性是指通過兩種或者兩種以上單體間的聚合反應改善膜材料的性能。膜的表面改性分為物理和化學改性這兩種。大多數的膜改性過程工藝比較復雜、或改性達不到理想效果。

氧化石墨烯(GO)是一種二維碳納米材料，表面含有大量羧基、羥基、環氧基等含氧官能團。這使得其具有超強的親水性和表面活性，在水和大多數極性有機溶劑中具有良好的分散穩定性，被廣泛用于制備聚合物復合膜。中國發明專利(CN102614788A)將聚醚砜和氧化石墨烯復合，制得的復合超濾膜具有良好的親水性、耐污染性、截留率及較高的孔隙率。中國發明專利(CN106823842A)將氨基化氧化石墨烯與高分子多孔膜復合，制得納濾膜的水通量和分離性能得到改善。

本發明將氧化石墨烯分散至親水聚合物溶液中，再將得到的混合液加入交聯劑后均勻涂覆到多孔支撐膜上，使混合液附著在多孔支撐膜上固化。這種方法操作簡單，在氧化石墨烯和親水性聚合物的共同作用下，制得的成品膜具有明顯的壓力響應性(膜孔徑隨壓力變化而發生變化，水通量與所施加壓力呈非線性關系)及正反面通量的巨大相異性，正反面水通量相差10倍之多，從而實現同一張膜在不同壓力下具有不同的孔徑大小，并且同一張膜在相同壓力下，不同的過濾方向具有不同的孔徑。這樣，同一張膜通過不同運行方式，可以分離多種大小的物質。另外，膜使用污染后，通過反洗時增加孔徑大小，使得膜的清洗更為徹底，有利于膜壽命的延長。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓力響應型親水性分離膜的制備方法，使制得的分離膜能夠通過改變施加壓力的大小而使膜孔結構發生變化，從而應對不同粒徑的物質的分離需求。由于孔徑可隨條件變化的特性，使得它具有較強的使用價值，有利于膜的清洗等過程。為實現以上目的，本發明采用的技術方案為：向親水性聚合物溶液中加入氧化石墨烯，將其混合均勻后加入交聯劑，再將所得的鑄膜液涂覆在多孔支撐膜上，待鑄膜液交聯固化后清洗，即得壓力響應型親水性分離膜。該方法具體包括以下步驟：

(1)親水性聚合物溶液的制備：準確稱量親水性聚合物并按一定質量分數將其溶解于去離子水中，攪拌均勻；

(2)多孔支撐膜預處理：商業多孔支撐膜用酒精浸泡潤濕后用去離子水沖洗，將沖洗干凈的膜泡在去離子水中；

(3)交聯劑溶液的配制：配制一定質量分數的交聯劑溶液；