[發明專利]一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110275615.5
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113457472A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 楊永強;倪騰亞;李遙;楊俊雅;楊娜
• 申請（專利權）人: 波塞冬（江蘇）新材料科技有限公司
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/12;B01D67/00
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本發明公開了一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜及其制備方法，包括如下組分及質量百分比：石墨烯0.5~5%，PVDF 10~30%、N?甲基吡咯烷酮（NMP）2~8%、有機溶劑40~60%和致孔劑5~20%。本發明通過設計石墨烯與PVDF通過共價鍵進行枝接，結構穩定，確保高性能復合膜具有穩定性，增強高性能復合膜的機械強度；設計的石墨烯與致孔劑通過羥基、羧基進行枝接，結構疏松，致孔劑更便捷掉落至凝固浴中，確保高性能復合膜的孔徑具有均一性，使得高性能復合膜具有較高的水通量；設計的石墨烯改性PVDF高性能復合膜，石墨烯可以內附在PVDF截面、外表面、內表面，特別是在膜孔的表面上，可提高溶解性有機物的去除率，并因自身具有的親水性可以提高高性能復合膜的抗污染性能。

技術領域

本發明涉及膜分離技術領域，尤其涉及一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜及其制備方法。

背景技術

膜分離技術是一種以分離膜為核心進行分離、濃縮和提純的技術，具有高效、節能、環保、易操作等特征，目前已經廣泛應用于食品、化工、醫藥、生物、水處理等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益，成為分離工程技術領域中重要手段之一。膜分離技術包括微濾、超濾、納濾、反滲透以及其他（滲析、膜法氣體分離、液膜分離等等），其中，由于微濾、超濾具有設備簡單、占地面積小、相態不變、操作壓力低等優點，廣泛用于工業廢水和工藝水的深度處理，微濾、超濾膜材料的選用也已從醋酸纖維素擴大到聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚醚砜和尼龍等。

聚偏氟乙烯（PVDF）兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，穩定、耐腐蝕以及具有高強度的一種物質，在低溫下可以溶于強極性有機溶劑，易于用相轉化法制膜，可以制備出微濾、超濾功能性分離膜，在污水處理、化工醫藥提純、食品行業具有廣泛的應用。PVDF因其疏水特性，去除溶解性有機物效率低，膜表面能較低，使用過程中極易吸附水中污染物，致使膜污染，從而導致膜通量下降，需頻繁清洗，處理成本高、嚴重制約其分離效率。因此，提高PVDF膜的親水性、抗污染性、高水通量、高強度對于拓寬PVDF膜的應用范圍具有重大意義。

傳統的PVDF膜主要存在以下幾個方面的問題：

（1）因PVDF材料具有疏水性，膜孔徑也是分布不均勻，進水水質若不能達到要求時，有機物質易堵塞膜孔，長期污染、堵塞會影響PVDF膜的使用壽命；

（2）因PVDF材料具有疏水性，在使用過程中需要頻繁清洗，通常一個月就需清洗一次，清洗還要考慮壓力、溫度、pH值、清洗的化學藥劑等外在因素；

（3）因PVDF材料具有疏水性，有的傳統PVDF膜在鑄膜液中添加親水性的添加劑，比如碳納米管等材料，易在溶劑中發生團聚現象，制備的PVDF膜親水性也是存在不均一性。

因此，設計結構穩定，親水性均一的一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜及其制備方法是很有必要的。

發明內容

本發明正是針對以上技術問題，提供一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜及其制備方法。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種石墨烯改性PVDF高性能復合膜，其特征在于，由如下組分及質量百分比組成：石墨烯0.5~5%，PVDF 10~30%、N-甲基吡咯烷酮（NMP）2~8%、有機溶劑40~60%和致孔劑5~20%。

所述石墨烯為少層石墨烯、氧化石墨烯、功能化石墨烯中的至少一種。

所述PVDF分子量為40~60萬，密度為1.75~1.78g/cm3，熔融指數為0.5~2.0g/10min，熔點為156~165℃。

所述有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基亞砜（DMSO）中的至少一種。

所述致孔劑為聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP-K30）、聚乙烯吡咯烷酮K90（PVP-K90）、聚乙二醇400（PEG-400）、聚乙二醇600（PEG-600）、甘油中的至少一種。