本发明专利技术公开一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜及制备方法和应用，所述二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，即在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜内利用水热法将无机介孔材料二氧化钛自组装在聚偏氟乙烯膜内的孔洞中，形成二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；其中聚偏氟乙烯膜与无机介孔材料二氧化钛的量，按质量比即聚偏氟乙烯膜：无机介孔材料二氧化钛为5：1。其制备方法包括前驱液的制备、水热法自组装介孔材料、表面活性剂P123的洗脱三个步骤，最终得到具有高亲水性和优良的光催化性能的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜。其用于吸附和光催化降解有机染料污染物，特别在用于吸附或光催化降解甲基橙或罗丹明B的研究中均取得了优良的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜及制备方法和应用
本专利技术涉及一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜及制备方法和该复合介孔膜的应用，属膜材料领域。
技术介绍
聚偏氟乙烯(以下简称PVDF)是一种性能优良的高分子材料，具有良好的化学稳定性，因此，PVDF膜的研制受到国内外研究机构的关注。目前PVDF膜已经成功地用于膜蒸馏、气体净化、有机溶剂精制等非水体系，但当其用于水相体系时，聚偏氟乙烯材料的强疏水性会导致两个问题，一是分离过程需要较大的驱动力；二是容易受到蛋白质的污染而使膜通量快速下降。为了降低膜污染，延长寿命和提高通量，使其适于在水处理、生化制药、食品饮料等领域的使用，PVDF膜的亲水化已成为其改性的主要内容。目前，PVDF膜亲水化改性研究较常用的方法有三种:表面涂覆、表面接枝和共混改性。如申请号为200410024928和201110027380专利技术专利分别公开了利用表面涂覆和表面接枝亲水改性PVDF。其中，表面涂覆方法效果不稳定；表面接枝法尽管能够取得较好的改性效果，但由于其对生产条件要求较高，同时耗能也较大，因而限制了其在大规模工业生产中的应用。申请号为200910011833的专利技术专利公开了一种共混改性PVDF亲水性的方法。虽然改性效果不错，但存在粒子在膜内不易分散均匀的问题，且在相分离时无机粒子向水相扩散，富集在膜表面，增强了膜表面亲水性的同时膜断面亲水性增强较小，对膜抗污染性的提升有限。所以需要发展一种新型的PVDF膜改性的方法。其中，在PVDF膜的三维孔道中直接组装介孔二氧化钛材料来改善其亲水性的方法还未见报道。具有三维结构的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜材料非常独特，有着广阔的应用前途。它在物质的传输方面与具有一维结构的介孔材料相比具有独特的优势，从而使得它无论在催化、分离、传感，还是作为离子吸附剂等方面都具有特别优良的性能。而本专利技术正是通过水热法，在PVDF膜的三维孔道中组装介孔二氧化钛材料形成亲水性三维二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；大大提高了 PVDF膜的亲水性，并使其具有良好的光催化性能；并将其首次应用于光催化降解有机污染物的研究中。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜。该复合介孔膜具有很好的亲水性、良好的吸附和光催化降解有机污染物的性能。本专利技术的目的之二是提供上述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，即采用水热法，在PVDF膜的三维孔道中采用水热法自组装介孔二氧化钛材料。本专利技术的技术方案 一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，即在聚偏氟乙烯膜内利用水热法将无机介孔材料二氧化钛自组装在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜内的孔洞中，形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜； 所形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，聚偏氟乙烯膜无机介孔材料二氧化钛的量，按质量比即聚偏氟乙烯膜:无机介孔材料二氧化钛为5:1 ； 所述的聚偏氟乙烯膜具有三维孔道结构，膜厚度约为0.1mm，孔隙率为60%-70%，孔直径100-400nm，平均孔径为220nm。所述的无机介孔二氧化钛材料的孔径为2-8nm，平均孔径为3.5nm。上述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，具体包括如下步骤: (I)、前驱液的制备 将原料钛酸异丙酯、表面活性剂EO2ciPO7ciEOm (以下简称表面活性剂P123)、浓盐酸和无水乙醇进行混合后，室温下搅拌约Ih得到原溶液，然后加入为原溶液体积3倍的无水乙醇并混合均匀，得到前驱液； 按照摩尔比计算，上述所得的原溶液中钛酸异丙酯:表面活性剂P123:浓盐酸:无水乙醇为 1.0:0.02:2.4:17.5 ； (2 )、水热法进行无机介孔二氧化钛材料自组装 把一张空白聚偏氟乙烯膜平铺在聚丙烯容器盒中，吸取3mL步骤(I)获得的前驱液滴入其中，加盖室温放置24h; 然后将上述容器盖子除去并将其放入略大的聚丙烯容器盒中，加盖密封后，置于恒温水浴锅中，利用水热装置，使得前驱液在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜的孔洞内蒸发诱导自组装，自组装过程控制温度为60°C，时间为24h，待到聚丙烯盒内前驱液完全挥发后，即得含有表面活性剂P123的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜； (3)、表面活性剂P123的洗脱 将步骤(2)所得的含有表面活性剂P123的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜取出，置于由95%无水乙醇和去离子水按体积比为1:1所组成的混合溶液中超声水洗15min ； 然后置于60°C恒温油浴中，用由95%无水乙醇和去离子水按体积比为1:1所组成的混合溶液和去离子水分别减压抽滤3-5次，然后减压抽干，即得二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜粗品； 最后，控制温度为60°C干燥，即得二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜。上述所得的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，由于具有高亲水性能，因此该二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜可用于膜分离工程或水处理领域。上述所得的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜可应用于吸附和光催化降解有机染料污染物，特别是用于吸附或光催化降解甲基橙或罗丹明B。本专利技术的有益效果 本专利技术的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，采用在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜中自组装无机介孔二氧化钛材料，由于是在聚偏氟乙烯膜的三维孔道中组装介孔二氧化钛材料，即不会对聚偏氟乙烯膜本身性质产生影响，所以其保持了聚偏氟乙烯膜强度高、韧性好，耐腐蚀，户外耐候性较好，化学稳定性好等特点；进一步，由于介孔二氧化钛材料具有较强亲水性，填充在膜孔道内使膜水接触角从122°左右降低至67.8°左右，亲水性能大大提高，从而扩大了聚偏氟乙烯膜材料的应用领域。进一步，本专利技术的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，由于采用的是水热法，与表面接枝法相比较，此法工艺简单易行；与表面涂覆法相比可维持聚偏氟乙烯膜材料更久的亲水改性效果，使其耐久性得到保障；而且由于无机二氧化钛材料填充在膜的孔道中，还克服了共混法中无机粒子分布不均的问题。因为无机二氧化钛材料具有良好的光催化性能；所以使聚偏氟乙烯膜在获得优异亲水性的同时具有赋予了其良好的光催化性能。综上所述，本专利技术的本专利技术的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜具有良好的亲水性能和良好的光催化性能。其用于降解水中有机污染物，特别是在用于吸附或光催化降解甲基橙或罗丹明B的研究中均取得了优良的效果。【附图说明】图1、实施例1所用的聚偏氟乙烯膜表面扫描电镜图； 图2、实施例1所得的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的表面扫描电镜图； 图3、实施例1所得的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的EDS能谱分析图； 图4、实施例1所得的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的氮气吸脱附曲线图； 图5、实施例1所得的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的XRD图； 图6、实施例1所得的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的透射电镜图； 图7、应用实施例1中，无光条件下，浸泡有二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的甲基橙水溶液的紫外-可见分光光谱随时间的变化曲线图； 图8、应用实施例2中，紫外灯照射下，二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜对甲基橙水溶液的光催化降解过程中，甲基橙水溶液的紫外-可见分光光谱随时间的变化曲线图； 图9、应用实施例3，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，其特征在于所述的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，即在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜内利用水热法将无机介孔材料二氧化钛自组装在聚偏氟乙烯膜内的孔洞中，形成二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；所形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜中，聚偏氟乙烯膜与无机介孔材料二氧化钛的量，按质量比即聚偏氟乙烯膜：无机介孔材料二氧化钛为5：1。
【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，其特征在于所述的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，即在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜内利用水热法将无机介孔材料二氧化钛自组装在聚偏氟乙烯膜内的孔洞中，形成二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜； 所形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜中，聚偏氟乙烯膜与无机介孔材料二氧化钛的量，按质量比即聚偏氟乙烯膜:无机介孔材料二氧化钛为5:1。2.如权利要求1所述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，其特征在于所述的具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜，膜厚度约为0.1mm,孔隙率60%-70%，孔直径为100_400nm ； 所述的无机介孔二氧化钛材料的孔径为2-8nm。3.如权利要求1所述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，其特征在于所述的具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜的平均孔径为220nm ;所述的无机介孔二氧化钛材料的平均孔径为3.5nm。4.如权利要求1、2或3所述的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤: (I)、前驱液的制备 将原料钛酸异丙酯、表面活性剂P123、浓盐酸和无水乙醇按照摩尔比即钛酸异丙酯:表面活性剂P123:浓盐酸:无水乙醇为1.0:0.02:2.4:17.5的比例进行混合后，室温下搅拌Ih得到原溶液，然后加入为原溶液体积3倍的无水乙醇并混...
【专利技术属性】
技术研发人员：王蒙，陈勇，杨光，唐皓，金鹏，李成龙，李丽丽，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31
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