[發明專利]一種親水化鋯基MOF摻雜PVDF膜的制備方法、產品及應用

有效

• 申請號: 202010934025.4
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112090300B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 申向;劉秋菊
• 申請（專利權）人: 曲靖師范學院
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D71/34;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明屬于膜技術領域，具體涉及一種親水化鋯基MOF摻雜PVDF膜的制備方法、產品及應用。其制備方法包括通過1，3?丙磺酸內酯對鋯基金屬?有機骨架UiO?66?NH₂納米粒子進行改性，得到UiO?66?NH₂?SO₃H納米粒子；通過UiO?66?NH₂?SO₃H與聚偏氟乙烯雜化浸沒相轉化法制備親水化鋯基MOF摻雜PVDF膜。與無機納米粒子相比，以MOF材料為添加劑制備雜化膜，能顯著提升其在分離膜中的穩定性。本發明中在聚偏氟乙烯中引入UiO?66?NH₂?SO₃H能很好地提升其在分離中膜的穩定，同時賦予其良好的親水性。使其作為分離膜使用時具有極強的抗污染能力。

技術領域

本發明屬于膜技術領域，具體涉及一種親水化鋯基MOF摻雜PVDF膜的制備方法、產品及應用。

背景技術

與傳統分離技術相比，膜分離技術具有能耗低，分離效率高，無二次污染等特點，特別適合于現代工業對節能減排、環境保護的要求。但在分離過程中，分離介質中的膠體粒子、溶質大分子或碳氫化合物與分離膜之間存在相互作用，極易在膜表面或膜孔內吸附、沉積，造成膜孔徑變小或堵塞，即產生膜污染現象。膜污染的發生會使其透過通量與分離特性大幅度降低，膜的服役性能劣化。因此，如何設計制備具有抗污染能力的分離膜，已成為當今膜材料開發領域的重要研究方向。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一種具有良好化學穩定性、熱穩定性和力學性能的高分子材料，可制備成微濾和超濾膜，應用于水處理、生物醫學等領域。然而，PVDF膜的疏水性較強，使得在應用時分離介質中的物質與PVDF之間產生相互作用，發生膜污染現象。從目前研究來看，PVDF膜的親水化改性是提升其抗污染能力的主要手段，這是由于親水化膜能結合大量的水分子，使膜表面形成穩定的水合層，阻礙污染物與膜表面的接觸。

PVDF膜的親水改性方法有多種，例如表面接枝、表面涂覆及共混改性等。其中，共混改性由于操作簡單，易于實施，因此成為PVDF膜親水改性應用較多的方法。在制備過程中只需將含有親水性基團的材料添加于鑄膜液中，通過相轉化法制備分離膜即可完成。這種方法的優勢還在于可調節鑄膜液的組成實現分離膜結構和性能的調控。近年來，以無機納米材料如二氧化硅(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、二氧化鈦(TiO₂)及二氧化鋯(ZrO₂)等為改性劑對PVDF膜進行親水改性受到廣泛的關注。Saini等[Journal of Water ProcessEngineering 30(2019)100603]將接枝有聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯(PEGMA)的SiO₂納米粒子改性PVDF膜，其接觸角從68.7°降到50.7°。Yan等[Separation and PurificationTechnology 66(2009)347–352]通過浸沒相轉化法制備PVDF/Al₂O₃納米復合膜，提升其抗污染能力及油水分離性能。上述改性方法的不足之處在于SiO₂及Al₂O₃納米粒子的化學穩定性差，而且，無機納米粒子與PVDF的相容性較差，在成膜過程中易發生團聚現象，致使分離膜的親水性能不穩定。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種親水化鋯基MOF摻雜PVDF膜的制備方法、產品及應用。采用1，3-丙磺酸內酯(1，3-PS)對UiO-66-NH₂進行改性，得到UiO-66-NH₂-SO₃H納米粒子，進而將UiO-66-NH₂-SO₃H納米粒子與PVDF雜化，通過浸沒相轉化法制備分離膜。UiO-66-NH₂-SO₃H的引入能很好地提升其在分離中膜的穩定，同時賦予其良好的親水性。