[發明專利]一種含氮雜環的聚芳醚酮/砜的超/微濾膜及其結構調控方法

有效

• 申請號: 202010619560.0
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111701459B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王建黎;張浩;金偉
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/68;B01D61/14;B01D69/12
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種含氮雜環的聚芳醚酮/砜的超/微濾膜及其結構調控方法，其調控方法包括以下步驟：將含氮雜環的聚芳醚酮/砜、溶劑以及過渡金屬鹽混合溶解配制為澄清的鑄膜液，將鑄膜液脫泡后刮涂在支撐材料上并浸入凝固浴中進行相轉化成膜，即制得含氮雜環的聚芳醚酮/砜的超/微濾膜。本發明所述的對含氮雜環的聚芳醚酮/砜的超/微濾膜進行結構調控的方法非常簡單方便且環保，只需要在鑄膜液中添加少量的過渡金屬鹽，并通過調節過渡金屬鹽的含量就能有效地調節鑄膜液粘度，改變相分離時溶劑與非溶劑交換的速率以及相分離速率，從而實現對通過NIPS制得的超/微濾膜的結構調控。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及了一種含氮雜環的聚芳醚酮/砜的超/微濾膜及其結構調控方法。

背景技術

膜分離技術是一種新型的分離技術，主要包含超濾、微濾、反滲透、納濾四種分離技術。由于膜分離技術具有分離效率高、能耗低、操作方便、占地面積小等出色的優點，故其已被廣泛地應用于水處理、環境、制藥、食品、能源、電子、醫療保健等領域。

非溶劑致相分離法(Non-solvent induced phase separation,NIPS)是制備聚合物超/微濾膜的最常用的方法之一，其原理是將由聚合物、溶劑以及添加劑混合溶解所得的均相鑄膜液浸入到主要由非溶劑組成的凝固浴中，使溶劑向凝固浴中擴散而非溶劑向鑄膜液中擴散，并使鑄膜液逐漸轉變為熱力學不穩定狀態從而發生相分離，最終導致多孔網絡狀結構的聚合物膜的形成。聚砜(Polysulfone,PSF)、聚醚砜(Polyethersulfone,PES)、聚芳醚酮(Polyaryletherketone,PAEK)等芳香族聚合物以及聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)、醋酸纖維素(Cellulose acetate,CA)、聚酰亞胺(Polyimide,PI)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)等材料均可通過NIPS被制備為超/微濾膜。其中，PSF、PES、PAEK等芳香族聚合物因其具有優異的機械性能和熱穩定性而被越來越多地用于制備具有優良性能的超/微濾膜。

自從通過NIPS制膜被發明以來，對制得的超/微濾膜的結構進行調控的方法就一直受到廣泛的關注，其中改變鑄膜液的組成或調節制膜過程中的條件是較為常見的方法。如中國專利CN107174964A公布了一種通過調節凝固浴組成以調控PVDF膜結構的方法，將異丙醇水溶液作為凝固浴，通過提高其中與溶劑親和性較差的異丙醇的濃度，可制得指狀孔結構更少、表層更致密的膜。中國專利CN110180410A公布了一種通過調節鑄膜液中的聚合物濃度以調控PES/PI共混膜結構的方法，通過提高聚合物濃度可制得指狀孔更細長、通量更小的膜。中國專利CN104548962A公布了一種通過在鑄膜液中加入聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl pyrrolidone,PVP)、聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)等水溶性聚合物以及丙醇、乙二醇、丙三醇等小分子添加劑以調控PVDF膜結構的方法，通過加入這些水溶性聚合物和小分子添加劑可以使膜孔結構的貫通性增加、膜中微孔的數量和尺寸增加、膜的通量提高。中國專利CN109847587A中公布了一種通過加入PVP、PEG等水溶性聚合物或氯化鋰、氯化鋁等無機鹽添加劑以調控PSF/磺化PSF共混膜結構的方法，水溶性聚合物或無機鹽的加入可使膜的孔徑增大、通量增加、截留性能下降，而添加劑的量較少時膜的結構沒有明顯的變化。中國專利CN109173753A公布了一種通過改變鑄膜液中添加劑PVP的分子量以調控PSF膜結構的方法，在鑄膜液中加入分子量較小的PVP可使鑄膜液粘度有較少的增加，加入分子量較大的PVP可使鑄膜液粘度有較大的增加。所以當鑄膜液中不含PVP時，制得的膜具有指狀大孔結構；當鑄膜液中PVP分子量較小時，制得的膜具有指狀孔和海綿孔共存結構；當鑄膜液中PVP分子量較大時，制得的膜具有海綿孔結構。中國專利CN108744977A公布了一種通過改變鑄膜液溫度以調節其粘度，從而調控PSF、PAN和PVDF的膜結構的方法，當鑄膜液粘度較低時制得的膜具有更高的通量和更差的截留性能，當鑄膜液粘度較高時制得的膜具有更低的通量和更好的截留性能。