高分子亲水改性膜、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种高分子亲水改性膜，其为具有多孔结构的平板膜，主要由高分子基体与可两亲离子型化后交联亲水共聚物交联组成，所述多孔结构中孔的孔径为纳米级至微米级。本发明专利技术还公开了所述高分子亲水改性膜的制备方法及其作为油水分离膜的用途。本发明专利技术的高分子亲水改性膜在保留现有高分子油水分离膜优良特性的同时，其油水分离通量和抗污染性能较之现有油水分离膜均有大幅提升；并且本发明专利技术的高分子亲水改性膜制备工艺简单可控，能实现均匀、大面积的两亲离子型聚电解质改性亲水性耐污高分子油水分离多孔滤膜的制备，成本低廉，适应工业化生产的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高分子膜亲水改性方法，特别涉及一种两亲离子型聚电解质改性亲水性耐污高分子多孔膜、其制备方法及应用，例如作为油水分离滤膜的用途。
技术介绍
由于在石油化工、纺织、有色金属加工、运输、能源、发电等领域会产生大量的含油废水。传统的油水分离工艺主要是基于重力分离、吸油树脂材料吸附、气浮絮凝、机械刮板等技术，但其分离操作复杂、效率低、能耗高、耗时长，并存在二次污染以及成本高等诸多问题。而基于膜分离技术来处理含油废水的工艺因具有操作简单、效率高、能耗低、耗时短且二次污染少等优点，已经引起人们的广泛兴趣。目前急需解决的、制约膜分离技术在含油废水处理领域进一步应用的主要问题是所存在的分离通量低以及膜污染等。膜的亲水改性被认为能够有效地提升膜的分离通量和抗油污染性能，然而现有膜亲水改性的方法，或是操作复杂，成本高，或是改性之后膜的亲水性不稳定，容易在使用过程丧失亲水和耐污性能，因此均不适合实际的工业化应用。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的主要目的是提出一种改良的高分子亲水改性膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的又一目的在于提供所述高分子改性亲水膜的用途。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种高分子亲水改性膜，主要由高分子基体与可两亲离子型化后交联亲水共聚物交联组成，并具有多孔结构，其中所述多孔结构中孔的孔径为纳米级至微米级。进一步的，所述的高分子亲水改性膜为具有多孔结构的平板膜。进一步的，所述高分子基体至少可选自但不限于聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜和聚酰亚胺中的任一种。进一步的，所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物的共聚单体包括甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与至少可选自但不限于甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的任一种或两种以上化合物。进一步的，所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物的重均分子量为104～105。所述高分子亲水改性膜的制备方法包括：Ⅰ、取摩尔比为6:4～8:2的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与相配合的共聚单体于反应溶剂中混合，并在25℃～60℃进行聚合反应，形成可两亲离子型化后交联亲水共聚物；Ⅱ、将质量比为1:4～1:1的所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物与高分子基体材料溶于溶剂，形成铸膜液；Ⅲ、将所述铸膜液通过液致相转化反应制备具有多孔结构的膜，其中液致相转化反应采用水凝胶浴中包含0.5wt％～3wt％交联剂和0.2～0.6v/v％酸催化剂，所述交联剂包括戊二醛；Ⅳ、将所述具有多孔结构的膜浸入磺化试剂进行两亲离子型化反应，反应温度为25℃～60℃，反应时间为24h～72h，获得所述高分子亲水改性膜，在一较为优选的实施方案之中，步骤Ⅰ中采用的反应溶剂包含体积比为7:3～4:6的水和乙醇。在一较为优选的实施方案之中，步骤Ⅱ中采用的溶剂包含4v/v％～8v/v％水和有机溶剂，所述有机溶剂包括N,N-二甲甲酰胺。在一较为优选的实施方案之中，步骤Ⅳ中采用的磺化试剂包括浓度为20mg/ml～100mg/ml的1,3-丙磺酸内酯溶液。更为优选的，所述1,3-丙磺酸内酯溶液中的溶剂包含体积百分比含量在0.5％以上的水及有机溶剂，所述有机溶剂包括四氢呋喃。前述任一种高分子亲水改性膜或由前述任一种方法制备的高分子亲水改性膜于油水分离中的应用。前述任一种高分子亲水改性膜作为油水分离膜的用途。一种油水分离装置，包括前述任一种高分子亲水改性膜。较之于现有技术，本专利技术的有益效果包括：(1)本专利技术的高分子亲水改性膜在保留现有高分子油水分离膜优良特性的同时，其油水分离通量和抗污染性能较之现有油水分离膜均有大幅提升；(2)本专利技术的高分子亲水改性膜制备工艺简单可控，能实现均匀、大面积的两亲离子型聚电解质改性亲水性耐污高分子油水分离多孔滤膜的制备，成本低廉，适应工业化生产的需求。附图说明图1是实施例1中两亲离子型聚电解质改性高分子油水分离多孔滤膜红外谱图。图2是实施例1中两亲离子型聚电解质改性高分子油水分离多孔滤膜表面形貌的SEM照片。具体实施方式如前所述，考虑到现有各类亲水性高分子多孔滤膜在油水分离应用上的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下具体解释说明。本专利技术的一个方面提供了一种高分子亲水改性膜，其可以被认为是一种两亲离子型聚电解质改性亲水性耐污高分子油水分离多孔滤膜，该高分子油水分离多孔滤膜为具多孔的平板膜，包括高分子基体及可两亲离子型化的后交联亲水共聚物，其中多孔的孔径范围为纳米级至微米级。其中，高分子基体、可两亲离子型化后交联亲水共聚物的材质等可如前文所述，此处不再赘述。本专利技术的另一个方面提供了一种制备所述高分子亲水改性膜的方法，其主要是通过将可两亲离子型化后交联亲水共聚物与高分子基体按照一定比例溶解于溶剂中配制成铸膜液，并在液致相转化成膜过程中原位交联反应，将可两亲离子型化后交联亲水共聚物稳定的固定在高分子多孔分离滤膜上，再进行后两亲离子型化操作，最终制成目标产品。在一典型实施案例中，所述高分子亲水改性膜的制备方法可以包括如下步骤：Ⅰ、可两亲离子型化后交联亲水共聚物由自由基聚合制得，共聚单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯同其它的共聚单体摩尔比为6:4至8:2，反应溶剂水和乙醇的体积比为7:3至4:6，聚
合温度为25℃至60℃；Ⅱ、将步骤Ⅰ中制备的，可两亲离子型化的后交联亲水共聚物和聚偏氟乙烯等(包括但不限于聚偏氟乙烯)按照质量比1:4至1:1的比例溶解于溶剂中配制成铸膜液；Ⅲ、将步骤Ⅱ制得的铸膜液，通过液致相转化制备多孔的分离膜，液致相所用的水凝胶浴中，交联剂戊二醛含量为质量比例为0.5wt％至3wt％，酸催化剂浓度为体积比例0.3％，在相转化的过程中，可两亲离子型化亲水性共聚物在酸催化的条件，逐渐被交联固定在了多孔分离滤膜的表面，制备出稳定可两亲离子型化亲水性共聚物共混改性的高分子多孔膜；Ⅳ、将步骤Ⅲ中所制得高分子多孔膜浸入到1,3-丙磺酸内酯的溶液中进行两亲离子型化，1,3-丙磺酸内酯的质量浓度为20mg/ml至100mg/ml，反应温度为25℃至60℃，反应时间为24h至72h。经反应之后，可两亲离子型化后交联亲水性共聚物两亲离子型化，制得两亲离子型聚电解改性亲水性耐污高分子油水分离多孔滤膜。本专利技术通过在液致相转化过程中原位交联反应，能实现可磺化后交联亲水共聚物添加剂在高分子基体中稳定存在，不易浸出。通过两亲离子型化反应，能够大幅提高了油水分离过程中多孔滤膜的分离通量，进一步得，提升多孔滤膜在油水分离过程中的抗污染性能。可两亲离子型化后交联亲水共聚物的加入，在保留了高分子材料原有的优良特性的同时，改善了滤膜的微观孔结构，采用该制备方法能够制备均匀、大面积的两亲离子型聚电解质改性亲水性耐污高分子油水分离多孔滤膜，其在分离油水过程中不会因表面油滴污染而造成分离通量的不可恢复以及分离效率的降低。本专利技术的高分子亲水改性膜可应用于油田回注水、火电厂冷却水塔、轮船压舱水、有色金属表面清洗废水、纺织工业中的洗毛废水等含油废水的处理，但不限于这些应用。以下结合若干实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。实施例1量取5.6ml单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和2.4ml本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子亲水改性膜，其特征在于它主要由高分子基体与可两亲离子型化后交联亲水共聚物交联组成，并具有多孔结构，其中所述多孔结构中孔的孔径为纳米级至微米级。

【技术特征摘要】
1.一种高分子亲水改性膜，其特征在于它主要由高分子基体与可两亲离子型化后交联亲水共聚物交联组成，并具有多孔结构，其中所述多孔结构中孔的孔径为纳米级至微米级。2.根据权利要求1所述的高分子亲水改性膜，其特征在于它为具有多孔结构的平板膜。3.根据权利要求1所述的高分子亲水改性膜，其特征在于所述高分子基体至少选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜和聚酰亚胺中的任一种。4.根据权利要求1所述的高分子亲水改性膜，其特征在于所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物的共聚单体包括甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与至少选自甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的任一种或两种以上化合物，并且所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物的重均分子量为104～105。5.如权利要求1-4中任一项所述的高分子亲水改性膜的制备方法，其特征在于包括：Ⅰ、取摩尔比为6:4～8:2的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与相配合的共聚单体于反应溶剂中混合，并在25℃～60℃进行聚合反应，形成可两亲离子型化后交联亲水共聚物；Ⅱ、将质量比为1:4～1:1的所述可两亲离子型化后交联亲水共聚物与高分子基体材料溶于溶剂，形成铸膜液；Ⅲ、将所述铸膜液通过液致相转化反应制备具有多孔结构的膜，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳健，朱玉长，谢伟，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32