[發明專利]一種天然蛭石納米顆粒改性PVDF超濾膜的制備方法

有效

• 申請號: 202110703119.5
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113457473B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 王巧英;張彤;王志偉;劉佳;張杰;吳志超
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 林楊

本發明提供了一種天然蛭石納米顆粒改性PVDF超濾膜的制備方法,通過多巴胺的自聚合反應生成聚多巴胺網狀物，在pH為7.2?7.3的緩沖體系下與硅烷偶聯劑KH550形成致密高滲透性網狀層，同時將親水性蛭石納米顆粒包裹或黏附在網狀層上進一步增加膜表面的孔隙及親水性。其致密高滲透性的改性層在保障高水通量的條件下極大程度的提高了對牛血清蛋白的截留率，且處理實際污水時通量衰減更小，穩定通量更高。本發明采用價格低廉、元素種類豐富的天然礦物質蛭石為改性材料，極大程度的降低成本，且流程操作簡單、易于工業化。

技術領域

本發明涉及膜法水處理技術領域，尤其涉及一種天然蛭石納米顆粒改性PVDF超濾膜的制備方法。

背景技術

超濾是介于微濾和納濾之間的一種以壓力差為推動力的膜分離技術，其孔徑一般在10-100nm，可以截留顆粒物、膠體等大分子物質而讓小分子物質通過，從而實現物質的分離、提純和濃縮，已廣泛應用于化工、食品、醫藥、飲用水凈化等領域。

聚偏氟乙烯(PVDF)，因其具有機械強度高、化學性質穩定、抗氧化能力強、耐高溫性能好等優點，被廣泛應用于超濾膜的制備。然而，PVDF超濾膜的親水性較差，在實際污水處理中，由于污水成分復雜，會產生嚴重的膜污染，導致水通量下降、截留率降低、使用壽命減少，能耗和成本增加。因此，對膜進行改性，提高膜的親水性和抗污染性成為當下PVDF超濾膜研究的熱點。

在改性材料中，由于納米顆粒具有親水性好、抗菌性強等特點，已成為膜改性領域的主要材料之一，其粒徑為1-100nm，具有較大的比表面積、表面能及表面張力，具有傳統材料沒有的物理化學性質。然而，納米顆粒與膜相結合的改性技術仍在探索階段，制備高純度納米顆粒的技術要求較高、分離過程較復雜、成本較高、且存在二次環境污染等問題，要實現工業應用仍存在阻礙。

發明內容

本發明的目的是提供一種天然礦物質黏附在PVDF超濾膜表面，以提高膜的親水性和抗污染性，從而綜合解決膜污染及成本問題的天然蛭石納米顆粒改性PVDF超濾膜的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供了一種天然蛭石納米顆粒改性PVDF超濾膜的制備方法，包括如下步驟：

1)蛭石納米顆粒的制備：將天然礦物質蛭石使用球磨機磨成粉末后再用過硫酸鉀法制備蛭石納米顆粒；

2)PVDF超濾膜的預處理：浸泡基膜，不定期換水；正面朝上固定于自制的改性裝置中，烘干；

3)緩沖溶液制備：采用三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)配置Tris緩沖溶液；

4)改性溶液制備：將鹽酸多巴胺、硅烷偶聯劑KH550及步驟1)中的蛭石納米顆粒加入到步驟3)配置的緩沖溶液中，超聲并調節pH；

5)蛭石改性PVDF(Verm-PVDF)超濾膜的制備：將步驟4)所得改性溶液置于步驟2)所述的PVDF膜表面充分反應；反應完畢，清洗膜表面，即得Verm-PVDF超濾膜。

優選地，所述步驟1)中，分別采用兩種直徑的磨球在轉速450-490rpm研磨6-7h。

優選地，所述步驟1)中，過硫酸鉀為高純度，溶液濃度為0.04-0.06mol/L，離心轉速為7000-9000rpm，時間10-20min。

優選地，所述步驟3)中，Tris緩沖溶液濃度為10-30mmol/L。

優選地，所述步驟4)中，蛭石納米顆粒、鹽酸多巴胺與KH550的質量比為1-3:10:10。

優選地，所述步驟4)中，改性體系超聲時間40-60min，并調節pH至7.2-7.3。

優選地，所述步驟4)中，超聲溫度保持在16-24℃。