[發明專利]一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法

有效

• 申請號: 202110095371.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112892225B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 任龍飛;馬忠寶;邵嘉慧
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法，包括以下步驟：將多胺/多醇單體和多元酰氯單體/多元酰氯與納米材料添加劑混合物分別溶于單一/混合有機溶劑中，經過攪拌溶解配制成電噴霧液；將多孔基膜置于接收滾筒表面，設定高壓電噴霧參數，調節噴頭尖端到接收滾筒的距離，進行電噴霧；電噴霧液被霧化成微液滴并層層沉積在多孔基膜表面，制備得到薄層復合膜。相比于界面聚合膜制備方法，該制備方法可以實現薄層復合膜在空間或化學組成上的均勻生長，單體的聚合效率高，實現了膜的可控生長；制備的薄層復合膜具有可調控的孔徑、表面電位和親疏水性能，適用于納濾、反滲透、電滲析等水處理，化工分離，電池隔膜以及表面涂層等領域。

技術領域

本發明涉及膜制備技術領域，尤其涉及一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法。

背景技術

據世界水資源理事會(WWC)預估，到2030年，全世界將有39億人生活缺水；此外，水質低劣也引起了世界各國的廣泛關注，大約12億人將得不到安全飲用水。因此，迫切需要開發更高效低耗的水處理技術，以滿足公眾對清潔健康用水的需求。膜技術是快速發展的一種水處理技術，相較于傳統技術(如吸附、蒸餾或介質過濾等)，膜技術具有低操作成本、相對較小的占地面積和符合環境法規等優點。同時，膜技術也適合與其他分離或反應過程相集成，進行規范化處理。壓力驅動膜是應用最廣泛的膜水處理技術，其膜濾過程包括超濾、納濾(用于去除硬度、重金屬和溶解有機物)、反滲透(用于海水淡化、水再利用和超純水生產)等。

具有選擇滲透功能的膜材料是膜技術的物質基礎和核心，在膜技術中具有“芯片”的地位和作用。目前，使用最廣泛的膜材料是薄層復合膜，它通常包含三層：一層無紡布作為支撐層；一層微孔超濾膜作為載體；一層選擇性薄膜作為選擇性阻擋層。其中，膜的性能主要取決于選擇性阻擋層，選擇性阻擋層通常是通過有機相多元酰氯和水相多胺/多醇的界面聚合反應來制備的。當不混溶的水相和有機相接觸時，兩類單體立即在兩相界面反應，形成交聯的聚酰胺選擇性阻擋層，多胺/多醇和多元酰氯之間過快的反應速率導致體系迅速達到凝膠點，隨后兩種單體的擴散受到限制，選擇性阻擋層的密度隨著反應時間的增加而增加，其中，單體的反應活性、擴散系數、溶解度、溶劑種類等工藝參數都會影響選擇層結構。通過界面聚合制備的選擇性阻擋層具有高度的非均質性，無法有效控制膜厚度，表面會形成凹凸不平的脊谷結構，最終導致膜通量低，膜孔徑、表面電位和親疏水性能難以精確調控，嚴重降低膜的使用壽命。因此，如何實現薄層復合膜的可控制備是一個技術難點。此外，薄層復合膜可應用于電池隔膜，其作為影響電池性能的重要組件之一，需在強酸強氧化環境長期保持穩定，同時還要具有較好的離子選擇性，然而目前能同時滿足這兩點的膜較少。

中國專利(公布號CN101905125A)描述了以聚苯乙烯磺酸鹽和聚乙烯亞胺為主要原料，采用噴霧凝膠法制備磺化聚苯乙烯/聚乙烯亞胺交聯納濾膜，所得納濾膜具有較高的強度，親水性提升。中國專利(公布號CN107519769A)介紹了一種通過高速氣流噴涂設備將兩相溶液分散成微液滴的微相擴散控制界面聚合制備超薄膜的方法，所得超薄膜具有高的膜通量。這些方法對改善界面聚合過程的單體擴散傳質有一定效果，然而，這些方法所用溶劑都包括水溶液，噴涂難度大，難以保證均勻穩定的薄膜生長。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法。

發明內容

為解決現有膜技術存在的缺陷，本發明不使用界面聚合膜制備法，提供了一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法，實現了選擇性阻擋層的可控生長，選擇層厚度、交聯度和膜表面電位的精確控制，提高膜通量同時可以有效調控膜孔徑、表面電位和親疏水性能，有效的延長膜的使用壽命。

本發明提供了一種利用電噴霧法制備薄層復合膜的方法，包括以下步驟：

步驟1.將多胺或多醇單體溶于單一或混合有機溶劑中，攪拌溶解后得到電噴霧液1；將多元酰氯單體溶于單一或混合有機溶劑中，攪拌溶解后得到電噴霧液2；

步驟2.將多孔基膜固定于接收滾筒表面，將所述電噴霧液1和所述電噴霧液2分別置于各自的推注器內并固定好；