[發明專利]一種抗污染的硅鈦共聚復合膜的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201910167305.4
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109821429B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 徐榮;朱春暉;鐘璟
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01D71/76
• 分類號: B01D71/76;B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 朱麗莎

本發明屬于分離膜制備領域，特別涉及一種抗污染的硅鈦共聚復合膜的制備方法及應用。本發明將鈦源前驅體與硅源前驅體原位共聚形成硅鈦聚合溶膠，通過高溫煅燒在多孔無機撐體表面形成硅鈦共聚復合膜。原位共聚使氧化鈦與氧化硅形成均勻穩定的Ti?O?Si雜化網絡結構，同時解決了一般摻雜改性中TiO₂在基質中分散不均勻的問題。原位共聚形成的硅鈦復合膜在水處理，如脫鹽中表現出很好的抗污染性能和分離性能。

技術領域

本發明屬于分離膜制備領域，特別涉及一種抗污染的硅鈦共聚復合膜的制備方法及應用。

背景技術

膜技術憑借其設備成本低、體積小、效率高、運行消耗的資源少、便于維修、環保等特點，在水處理領域廣泛應用，但同時存在著膜污染問題。水中的微粒、膠體粒子和有機物等吸附在膜表面會造成膜污染，其中有機物和微生物污染最難解決，會造成膜的水通量快速下降,膜壽命大大縮短。目前，提高膜抗污染性能主要通過親水性聚合物表面接枝、具有抗污染性納米粒子摻雜等改性方法。

表面接枝方法是指通過化學反應在膜表面引入表面改性基團，提高膜抗污染性質的方法，但接枝過程及其相關機理復雜，得到的改性表面的改性劑結構不易控制和表征，長鏈高分子鏈段可能降低膜的通透性能，難以實現對膜孔表面的有效改性。無機納米粒子摻雜改性法使用的無機添加物(Ag₂O、SiO₂、TiO₂等)在鑄模液中易形成團聚而無法均勻分散在基質中，使膜的物理和化學性質發生變化，從而導致抗污染改性效果不理想。

抗污染改性方法直接影響膜的性能，因此，開發一種簡單高效、易于控制的改性方法非常關鍵。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種簡單高效、易于控制的抗污染改性方法，即采用鈦源前驅體與硅源前驅體共聚形成硅鈦聚合溶膠，通過原位共聚使氧化鈦和氧化硅形成均勻穩定的Ti-O-Si雜化網絡結構，極大地提高了有機硅膜的抗污染性能。

具體制備方法如下：

在無水乙醇溶劑中加入鈦源前驅體和硅源前驅體并混合均勻，再將濃鹽酸滴入水中配制成鹽酸溶液，然后將鹽酸溶液緩慢滴加在硅鈦前驅體溶液中，最后在恒溫水浴中持續攪拌反應即可得硅鈦聚合溶膠。將制備好的溶膠采用擦涂法涂覆在多孔無機撐體上，煅燒后得到分離膜。

其中各組分的摩爾比為鈦源前驅體：硅源前驅體:H₂O:HCl＝0.1～0.5:1:60:0.1，水浴溫度為50～60℃，在水浴溫度下持續攪拌2～4小時。

所述的鈦源前驅體包括鈦酸四丁酯(TBT)、鈦酸四異丙酯(TIP)中的一種或幾種；硅源前驅體包括雙(三乙氧基硅基)甲烷(BTESM)、1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)、1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)中的一種或者幾種。

所述的硅鈦聚合溶膠的濃度為0.2～1wt％。

所述的多孔無機撐體不限，包括多孔α-Al₂O₃中空陶瓷纖維管、α-Al₂O₃片式膜或其他多孔氧化物載體。

所述的煅燒溫度為250～500℃，煅燒時間為25～30min。

與現有的抗污染改性技術相比，本發明將鈦源前驅體材料與硅源前驅體材料共聚，通過高溫煅燒在撐體表面形成硅鈦共聚復合膜，具有如下有益效果：

(1)本發明采用在前驅體溶液中滴加鹽酸溶液來配制溶膠，而不采用傳統的先加水后加酸的方法，這是因為如果先加水，鈦源前驅體遇水會迅速水解并自聚合，硅鈦之間的共聚就會變得極少。另外，如果采用先制備硅溶膠后加入鈦源前驅體與之共聚的方法制備硅鈦聚合溶膠，硅源前驅體水解聚合會形成Si-O-Si網絡，硅網絡少量沒有聚合的Si-OH基團才會與鈦源前驅體水解生成的Ti-OH共聚，最終只能形成少量的且非均勻分散的Ti-O-Si網絡結構。