透气疏水混合基质膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种透气疏水混合基质膜及其制备方法，包括对多孔炭微球的氟烷基化改性方法以及将此炭微球掺杂到聚合物中，制备疏水混合基质膜。多孔炭微球为微米级活性炭粉末，依次经强酸氧化、氟烷基化等过程在多孔炭微球表面接枝氟烷基链，得到氟烷基化的粉末，然后与聚合物、溶剂、添加剂等混合，形成制膜液，并制备混合基质膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膜
，涉及高分子分离膜性能、结构的改进，尤其是一种以氟烷基化改性的多孔炭微球为无机添加剂的透气疏水混合基质膜及其制备方法。
技术介绍
随着膜技术的发展,膜分离已经越来越广泛的应用于生产和生活的各个方面。膜分离技术既能对废水进行有效的净化，又能回收有用物质，同时具有节能、设备简单、操作方便等特点，因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。在高分子分离膜中引入无机组分，不仅能够改善和修饰膜的孔结构和分布，增强机械性能和热稳定性，而且能够提高膜的渗透性和选择性，克服两者间的矛盾。而以往的研究，如下两篇专利、文献报道，掺杂的粒子如TiO2、SiO2、CNTs等多为实心，只能起到提高膜疏水性的作用，反而阻碍气体传递。1、一种纳米二氧化钛/聚醚血液透析膜及其制备方法(CN104906972A)，透析膜为中空纤维膜，中空纤维的直径为0.4-4μm，孔径为1.5-3.8μm，壁厚40-80μm；透析膜由以下质量份数的各个组分制备而成：聚醚34-57份、纳米二氧化钛2-8份、聚乙烯醇9-18份、聚己内酯5-12份、聚乳酸2-6份、四氢呋喃10-20份和丙酮8-16份。一种纳米二氧化钛/聚醚血液透析膜的制备方法，制备步骤如下：(1)纺丝液制备；(2)静电纺丝。该专利技术提供的纳米二氧化钛/聚醚血液透析膜，具有良好的生物相容性，而且具有一定的清除毒素，清除潴留水分的作用，是一种较为理想的透析膜材料。2、复合SiO2粒子涂膜表面的超疏水性研究(无机材料学报，第23卷第2期，2008年3月)，采用溶胶-凝胶法制备不同粒径和形状的SiO2粒子，并利用氟硅氧烷的表面自组装功能制备了具有仿生类\荷叶效应\的超疏水涂膜。通过原子力显微镜、扫描电镜和水接触角的测试对膜结构及性能进行了表征，探讨了SiO2粒子的粒径和形状对材料微观结构、表面粗糙度和疏水性能的关系.结果表明，含单一粒径涂膜表面水接触角符合Wenzel模型；而复合粒子构成了符合Cassie模型的非均相界面，单纯的粗糙度因子不能反映水接触角的变化，复合粒子在膜表面的无规则排列赋予涂膜表面不同等级的粗糙度，使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子，这与在涂膜表面能形成自组装分子膜的氟硅氧烷共同作用赋予了涂膜超疏水性能。通过检索，尚未发现有关将多孔炭微球应用到膜领域的文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种以氟烷基化改性的多孔炭微球为无机添加剂的透气性能好的持久疏水混合基质膜及其制备方法。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种透气疏水混合基质膜，以多孔炭微球作为无机粒子添加剂，与成膜聚合物、溶剂混合制备而成。而且，所述的多孔炭微球为氟烷基化改性的多孔炭微球。而且，所述的氟烷基化改性使用的改性剂为含有氟的醇或胺类物质。而且，所述的改性剂为六氟异丙醇、八氟-1-戊醇、十二氟戊醇的一种或两种以上的混合物。而且，所述多孔炭微球占成膜聚合物质量的0.1％-3％。而且，所述多孔炭微球的粒径为0.1-20μm。而且，所述成膜聚合物为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜的一种或两种以上的混合物。而且，所述溶剂为二甲基乙酰胺(DMAc)，二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)等常规制膜溶剂。而且，所述氟烷基化改性的多孔炭微球的制备方法为：⑴将多孔炭微球溶于浓硫酸、浓硝酸组成的混酸中，经加热搅拌，超声处理，使多孔炭微球表面接枝羟基、羧基官能团，即得到羧基化的多孔炭微球；⑵将羧基化后的多孔炭微球溶于含氟改性剂中，加热搅拌，并经浓硫酸催化反应得到氟烷基化改性的多孔炭微球。一种透气疏水混合基质膜，组分及含量，以100ml计：制备方法为：分别称取上述组分，在70～80℃下充分搅拌溶解，使溶液保持均匀稳定，保持温度恒定，停止搅拌，静置脱气10～14小时。带水剂可以与水形成低沸点共沸物。在反应过程中，加入带水剂可以除去反应产生的水，促进反应的进行。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术使用多孔的活性炭微球作为无机添加剂，多孔炭微球具有粒径均一、可修饰性良好、比表面积大等优点；多孔，可以为气体提供高速传质通道，提高膜的透气性。2、本专利技术采用氟烷基对活性炭微球改性，可以提高活性炭微球在膜中的相容性和分散性，减少其在膜中的团聚现象，保障了疏水性。另外，氟烷基的加入，可以抗拒油性污染物对材料的粘附，使膜的抗污染性能提高。附图说明图1未改性多孔炭微球TEM照片图2羧基化多孔炭微球TEM照片图3氟烷基化改性多孔炭微球TEM照片图4PVDF平板膜下表面SEM照片图5PVDF/AC平板膜下表面SEM照片图6PVDF/ACRF平板膜下表面SEM照片图7PVDF平板膜上表面SEM照片图8PVDF/AC平板膜上表面SEM照片图9PVDF/ACRF平板膜上表面SEM照片图10所制备混合基质平板膜对比图片具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。实施例1：氟烷基化改性的多孔炭微球的制备方法：⑴将1.0g多孔炭微球溶于75ml浓硫酸、25ml浓硝酸组成的混酸中，经80℃加热搅拌，50Hz超声处理，使多孔炭微球表面接枝羟基、羧基官能团，即得到羧基化的多孔炭微球；⑵将羧基化后的多孔炭微球溶于20ml六氟异丙醇中，90℃加热搅拌，并经浓硫酸催化反应得到氟烷基化改性的多孔炭微球。实施例2：平板膜的制备：分别称取PVDF粉末30g，溶剂DMAc120ml，致孔剂20ml，氟烷基化改性的多孔炭微球0.3g，在75℃下充分搅拌溶解，使溶液保持均匀稳定。保持温度恒定，停止搅拌，静置脱气12小时，在平面玻璃板上刮制平板膜。表1所制备混合基质平板膜性能数据统计实施例3：中空纤维膜的制备：称取PVDF粉末30g，溶剂DMAc120ml，致孔剂20ml，氟烷基化改性的多孔炭微球0.3g，在75℃下充分搅拌溶解，使溶液保持均匀稳定。保持温度恒定，停止搅拌，静置脱气12小时后纺丝，制备中空纤维膜。凝固浴液体主要成分是水，纺丝牵伸速度25米/分钟，插入管纺丝喷头芯部通入芯液，得到的聚偏氟乙烯中空纤维分离膜内径800μm，纤维壁厚200μm，膜蒸馏通量39.3kg/m2h。表2所制备混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透气疏水混合基质膜，其特征在于：以多孔炭微球作为无机粒子添加剂，与成膜聚合物、溶剂混合制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种透气疏水混合基质膜，其特征在于：以多孔炭微球作为无机粒子添加剂，与成膜
聚合物、溶剂混合制备而成。
2.根据权利要求1所述的透气疏水混合基质膜，其特征在于：所述的多孔炭微球为氟烷
基化改性的多孔炭微球。
3.根据权利要求2所述的透气疏水混合基质膜，其特征在于：所述的氟烷基化改性使用
的改性剂为含有氟的醇或胺类物质。
4.根据权利要求3所述的透气疏水混合基质膜，其特征在于：所述的改性剂为六氟异丙
醇、八氟-1-戊醇、十二氟戊醇的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1～4任意权利要求所述的透气疏水混合基质膜，其特征在于：所述多孔
炭微球占成膜聚合物质量的0.1％-3％。
6.根据权利要求1～4任意权利要求所述的透气疏水混合基质膜，其特征在于：所述多孔
炭微球的粒径为0.1-20μm。
7.根据权利要求1～4任意权利要求所述的透气疏...

【专利技术属性】
技术研发人员：武春瑞，孙学超，吕晓龙，唐文勇，赵丽华，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12