[發(fā)明專利]一種基于嵌段共聚物自組裝和界面誘導(dǎo)相分離膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110366262.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN113083043A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于海洲;閆麗娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/80
• 分類號(hào): B01D71/80;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/00;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發(fā)明公開了一種基于嵌段共聚物自組裝和界面誘導(dǎo)相分離膜的新型制備方法，屬于多孔材料分離膜領(lǐng)域。該嵌段共聚物膜主要是通過在空氣?水界面，嵌段共聚物的親水相和疏水相分離形成的聚合物表面結(jié)構(gòu)。嵌段共聚物膜的制備包括以下步驟：選用適當(dāng)嵌段比例和分子量的聚合物和小分子添加劑，將其溶解于選擇性溶劑中，攪拌一定的時(shí)間形成均勻透明的粘稠液體，用塑料滴管吸取適量滴在水面上，經(jīng)過一段時(shí)間的非溶劑和溶劑交換固定聚合物膜的表面結(jié)構(gòu)，而根據(jù)相似相溶原理使小分子添加劑溶解形成孔隙，從而達(dá)到選擇性分離的作用。目前制備聚合物膜的方法大多繁瑣且能源消耗大，該制膜方法不僅通用簡單，成本低廉，而且制得的膜具有高的機(jī)械性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔材料分離膜領(lǐng)域，具體涉及一種基于嵌段共聚物自組裝和界面誘導(dǎo)相分離膜的新型制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源、水資源、環(huán)保問題的日益嚴(yán)峻，膜科學(xué)與技術(shù)獲得了越來越多的重視。膜科學(xué)技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的新興技術(shù)。近年來，在各學(xué)科發(fā)展和相互滲透的基礎(chǔ)上，膜科學(xué)有了迅速的發(fā)展，已成為化學(xué)及化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展新的增長點(diǎn)，亦是當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。膜分離技術(shù)是指用人工合成或天然的薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)或溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法，主要有微濾、超濾、納濾和反滲透。作為當(dāng)代新型高效分離技術(shù)，膜分離技術(shù)具有投資低、能耗低、建設(shè)周期短、對(duì)環(huán)境影響小等特點(diǎn)，并成為解決人類資源和環(huán)境問題的重要手段，在海水淡化、廢水處理與回收、物質(zhì)的分離與提純等眾多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。然而，現(xiàn)有的制膜方法有熱誘導(dǎo)相分離、溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)相分離、氣相誘導(dǎo)相分離，但都普遍存在能耗大，原料昂貴，分離效率低等問題。因此，通過簡單易行的方法制備孔隙率大，孔徑分布窄，低能耗，高效率的膜具有重要意義。

嵌段共聚物均孔膜與傳統(tǒng)的無機(jī)膜相比較，柔韌性好、制備方法簡單，因此易于進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。制備嵌段共聚物膜的方法很多，最成熟的方法之一就是SNIPS(自組裝和非溶劑誘導(dǎo)相分離相結(jié)合)，2007年由德國GKSS研究中心的Klaus-Viktor Peinemann教授課題組提出，該法主要是通過刮涂的形式制膜。純的嵌段共聚物使用該法制得的膜機(jī)械性能較差，孔徑較大，聚合物的用量較多。因此在保證膜的高通透性能的同時(shí)提高機(jī)械性能，控制孔徑在較小的值提高分離效率，成本低廉的制膜方法仍在進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種基于嵌段共聚物自組裝和界面誘導(dǎo)相分離膜的新型制備方法。這種方法簡單易操作，設(shè)備簡單，不需要控制溶劑揮發(fā)時(shí)間。使用的嵌段共聚物的量極少，節(jié)約成本。保持嵌段共聚物優(yōu)異的自組裝形貌，且孔徑小，分布窄，用于小分子物質(zhì)的分離效率可以得到提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于嵌段共聚物自組裝和界面誘導(dǎo)相分離膜的新型制備方法，包括如下步驟：

(a)稱取嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚4-乙烯基吡啶(PS-b-P4VP)與3-十五烷基苯酚(PDP)加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和氯仿的混合溶劑中，在室溫下攪拌均勻；

(b)準(zhǔn)備盛滿去離子水的培養(yǎng)皿，冰水浴，用塑料滴管吸取鑄膜液在水面上方滴下，使其在去離子水的水面上成膜，在開放的環(huán)境中放置固定膜的表面結(jié)構(gòu)；

(c)隨后將膜撈起泡在甲醇中，用鑷子將得到的膜取出，自然干燥。

優(yōu)選的，將質(zhì)量比為10:1的嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚4-乙烯基吡啶(PS-b-P4VP)和3-十五烷基苯酚(PDP)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和氯仿體積比約為1:5的混合溶劑中，在轉(zhuǎn)速為300r/min的磁力攪拌下攪拌12h。準(zhǔn)備盛滿去離子水的培養(yǎng)皿，冰水浴使水溫保持在10℃，濕度為40％RH，用塑料滴管吸取0.05ml的鑄膜液在距水面3cm的高度滴下，使其在去離子水的水面上成膜，在開放的環(huán)境中放置12h固定膜的表面結(jié)構(gòu)。然后直接將膜泡在甲醇中12h，以期將小分子添加劑溶解去除，用鑷子將得到的膜取出，自然干燥，即形成聚合物膜。