单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法，该方法是将聚醚砜溶解在溶剂中，通过干湿法制备聚醚砜膜，然后通过溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶凝胶，并用含氟硅烷对二氧化硅溶胶凝胶进行修饰，制备氟化的二氧化硅溶胶凝胶过滤液，采用真空抽滤的方法将氟化的二氧化硅溶胶凝胶沉积到聚醚砜膜的一侧，得到单侧具有超疏水性能的聚醚砜膜。该方法主要用于要求具有单侧疏水性能的膜分离领域，可用于膜吸收、膜解析和气‑液膜接触器法纳米材料的制备。该方法简单、易于操作，所制得的膜疏水性好且制备成本有大幅度降低。

【技术实现步骤摘要】
单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法
本专利技术属于分离膜
，具体涉及一种单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法。
技术介绍
气-液膜接触器技术以其气液传质界面稳定、比表面面积高、体积小、模块化、易于规模的放大和缩小、可以独立控制气体和液体的流速等优点，迅速成为新型的膜技术，在膜吸收、膜解析、膜蒸馏和气-液膜接触器制备纳米材料方面得到了广泛研究和应用，引起相关研究人员的广泛关注。在气-液膜接触器技术的研究和应用中，膜材料的疏水性能是决定膜接触器能否成功应用的关键。在膜吸收和膜解析过程中，气-液膜接触器将气相和液相分隔开，气-液膜接触器只是提供了气液两相的接触界面，在每个膜孔口处形成气液两相的接触界面，因此，用于气-液膜接触器的膜只有一侧与液体接触，与液体接触的那一侧需要具有良好的疏水性能。中国专利技术专利公开号CN103386261A公开了一种超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，将聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂混合，压坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管，然后通过硅溶胶对聚四氟乙烯中空管进行改性处理后，再在烘箱中进行纵向拉伸和烧结热定型，最后，采用全氟硅烷进行渗透处理，得到超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜。此专利提供的制备超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜的工艺繁琐，需要混合、压坯、挤压成型、硅溶胶处理、拉伸、热定型和全氟硅烷处理等步骤；需要推压机、拉伸和烧结等大型设备；由于聚四氟乙烯材料本身就是高疏水膜，疏水性能的提高不是很明显；此外，这种工艺生产的聚四氟乙烯中空纤维膜的透气性能较差。中国专利技术专利公开号CN103285746A公开了一种用于去除水中溶解性气体的超疏水膜的制备方法，将经偶联剂修饰的具有低表面能的无机纳米粒子和疏水性的高分子PVDF共混后，采用相转化法制备一种用于去除水中溶解性气体的超疏水膜，为了得到超疏水膜表面，这种工艺中，偶联剂修饰的具有低表面能的无机纳米粒子大部分都分散在膜内部，由于，具有低表面能物质的价格较为昂贵，对于仅需要与液体接触侧为超疏水的气-液膜接触器用膜，这种超疏水膜的制备方法有一定的浪费。中国专利技术专利公开号CN101463140A公开了一种超疏水聚偏氟乙烯膜的制备方法及其制品，其将PVDF膜进行等离子体处理后通过化学或化学气相沉积有机硅烷进行疏水改性，得到超疏水的PVDF膜，此工艺制备的PVDF膜的双侧都具有疏水性能，由于含氟硅烷价格较昂贵，对于需要单侧疏水性能的膜存在一定的浪费，此外，这种工艺需要特定的等离子设备，需要前期的设备投入，制备成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种易操作、成本较低、透气性好的单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法。为此，本专利技术的技术方案如下：一种单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法，包括以下步骤：(1)聚醚砜膜的制备：将质量分数70％-90％的N，N-二甲基乙酰胺加入到三口烧瓶中，加入质量分数为10-20％的聚醚砜和质量分数为1-10％的聚乙二醇，在50-80℃下搅拌5-8h，聚合物完全溶解后，进行超声脱泡，得到铸膜液；将所述铸膜液用刮刀在玻璃板上刮制成膜，然后浸入凝固浴中固化成型，再用去离子水将膜浸泡3-5天，之后对湿膜进行干燥处理，得到聚醚砜膜；(2)氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液的制备：在干净的三口烧杯中加入无水乙醇，然后向所述三口烧杯中滴加浓度为25wt％的氨水，在60-80℃下搅拌至少30min，使其均匀混合，然后边向三口烧杯中滴加正硅酸乙酯，继续搅拌至少3h，得到均匀的乳白色的溶胶液，将所述溶胶液倒入烧杯中，静置陈化24h；然后，将全氟癸基三乙氧基硅烷加入上述溶胶液中，在60℃下搅拌至少3h，得到氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液，其中，所述无水乙醇、浓度为25wt％的氨水及正硅酸乙酯的摩尔比为50:(1-3):(1-3)，所述全氟癸基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1-4:1；(3)单侧超疏水聚醚砜膜的制备：将步骤(1)制得的聚醚砜膜裁成直径为120mm的圆形，放入直径为120mm的布氏漏斗中；将5-30ml步骤(2)制得的氟化二氧化硅溶胶凝胶液倒在待抽滤的聚醚砜膜表面上，抽滤，直至聚醚砜膜表面的氟化二氧化硅溶胶凝胶液抽滤完全；将抽滤后的聚醚砜膜置于烘箱中，在60-100℃热处理1-60min，得到所述单侧超疏水聚醚砜膜。上述步骤(1)中，采用液体置换干化法对所述湿膜进行干燥处理；所述凝固浴为水。上述步骤(3)中，用循环水式真空泵在0.02-0.06MPa下进行抽滤。本专利技术的方法主要用于要求具有单侧疏水性能的膜分离领域，用于膜吸收、膜解析和气-液膜接触器法纳米材料的制备。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本法采用溶胶-凝胶技术制备二氧化硅溶胶凝胶，通过氟化改性处理，在二氧化硅溶胶凝胶表面接枝全氟癸基三乙氧基硅烷，对其进行氟化改性，形成氟化的二氧化硅溶胶凝胶过滤液，再通过简单、易于操作的真空抽滤法，将氟化的二氧化硅微纳米粒子均匀地沉积在PES膜单侧表面，形成单侧超疏水的PES膜，从而实现单侧PES膜的超疏水化。此外，这种制备超疏水膜的制备方法只是在膜的一层形成极薄(微米级)的改性层，改性层由纳米级的颗粒堆积而成，纳米颗粒之间存有缝隙，因此，这种超疏水膜的制备没有对其原有的较高的透气性能产生较大影响。(2)本法基于现有单侧超疏水聚醚砜膜的制备工艺和设备，物质表面能达到超疏水需要有两个必要条件：高的表面粗糙度和具有低表面能的表面，在现有的专利技术中大部分制备超疏水膜的制备方法主要通过高粗糙表面的构建和低表面能的修饰两部分完成，本专利技术方法把这两部分组合在一起，先制备经过低表面能氟化物修饰的纳米二氧化硅溶胶过滤液，再通过简单的物理真空抽滤制得成品。由于，此超疏水膜的制备只涉及过滤液准备和抽滤两个工艺过程，因此，此专利技术方法工艺简单、易于操作；因为此方明不需要添加额外设备，所以，没有前期设备的投入，成本较低；由于现有的具有低表面能物质的价格都较为昂贵，而这一物质是制备超疏水膜的必备材料，对于仅需要与液体接触侧为超疏水的气-液膜接触器用膜，本专利技术方法仅需要较少的第表面能物质在特定膜侧进行了疏水性能的提高，因此，制备成本有大幅度降低，具有重大实用价值。具体实施方式本专利技术的单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法，是将聚醚砜溶解在溶剂中，通过干湿法制备PES膜，然后，通过溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶凝胶，并用含氟硅烷对二氧化硅溶胶凝胶进行修饰，制备氟化的二氧化硅溶胶凝胶过滤液，采用真空抽滤的方法将氟化的二氧化硅溶胶凝胶沉积到PES膜的一侧，制备单侧具有超疏水性能的聚醚砜膜。下面结合具体实例对本专利技术的制备方法做进一步说明。实施例1(1)聚醚砜膜的制备：将干燥后的PES粉末和DMAc按质量比17：83混合，在带加热的磁力搅拌器内缓慢搅拌7h，并将铸膜液温度控制在65℃，聚合物完全溶解后，进行超声脱泡，得到铸膜液。在室温条件下，将铸膜液均匀快速的在玻璃板上刮膜，然后于水中利用相转化法成膜，于凝固浴去离子水中浸泡3.5天后，清洗，干燥，得到聚醚砜膜。此PES膜气通量为199.8m3/m2·h，接触角为78゜(接触角小于90゜，为亲水性膜)。(2)氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液的制备：按无水乙醇、浓度为25wt％的氨水及正硅酸乙酯(TEOS)的摩尔比为50:1:1，在干净的三口烧杯中加入乙醇，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)聚醚砜膜的制备：将质量分数70％‑90％的N，N‑二甲基乙酰胺加入到三口烧瓶中，加入质量分数为10‑20％的聚醚砜和质量分数为1‑10％的聚乙二醇，在50‑80℃下搅拌5‑8h，聚合物完全溶解后，进行超声脱泡，得到铸膜液；将所述铸膜液用刮刀在玻璃板上刮制成膜，然后浸入凝固浴中固化成型，再用去离子水将膜浸泡3‑5天，之后对湿膜进行干燥处理，得到聚醚砜膜；(2)氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液的制备：在干净的三口烧杯中加入无水乙醇，然后向所述三口烧杯中滴加浓度为25wt％的氨水，在60‑80℃下搅拌至少30min，使其均匀混合，然后边向三口烧杯中滴加正硅酸乙酯，继续搅拌至少3h，得到均匀的乳白色的溶胶液，将所述溶胶液倒入烧杯中，静置陈化24h；然后，将全氟癸基三乙氧基硅烷加入上述溶胶液中，在60℃下搅拌至少3h，得到氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液，其中，所述无水乙醇、浓度为25wt％的氨水及正硅酸乙酯的摩尔比为50:(1‑3):(1‑3)，所述全氟癸基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1‑4:1；(3)单侧超疏水聚醚砜膜的制备：将步骤(1)制得的聚醚砜膜裁成直径为120mm的圆形，放入直径为120mm的布氏漏斗中；将5‑30ml步骤(2)制得的氟化二氧化硅溶胶凝胶液倒在待抽滤的聚醚砜膜表面上，抽滤，直至聚醚砜膜表面的氟化二氧化硅溶胶凝胶液抽滤完全；将抽滤后的聚醚砜膜置于烘箱中，在60‑100℃热处理1‑60min，得到所述单侧超疏水聚醚砜膜。...

【技术特征摘要】
1.一种单侧超疏水聚醚砜膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)聚醚砜膜的制备：将质量分数70％-90％的N，N-二甲基乙酰胺加入到三口烧瓶中，加入质量分数为10-20％的聚醚砜和质量分数为1-10％的聚乙二醇，在50-80℃下搅拌5-8h，聚合物完全溶解后，进行超声脱泡，得到铸膜液；将所述铸膜液用刮刀在玻璃板上刮制成膜，然后浸入凝固浴中固化成型，再用去离子水将膜浸泡3-5天，之后对湿膜进行干燥处理，得到聚醚砜膜；(2)氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液的制备：在干净的三口烧杯中加入无水乙醇，然后向所述三口烧杯中滴加浓度为25wt％的氨水，在60-80℃下搅拌至少30min，使其均匀混合，然后边向三口烧杯中滴加正硅酸乙酯，继续搅拌至少3h，得到均匀的乳白色的溶胶液，将所述溶胶液倒入烧杯中，静置陈化24h；然后，将全氟癸基三乙氧基硅烷加入上述溶胶液中，在60℃下搅拌至少3h，得到氟化二氧化硅溶胶凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖娜，张玉忠，徐志彬，刘大成，宋长友，刘艳娟，张建生，孟丽聪，吴楠，罗望，李悦，刘昆，汪晓艳，
申请(专利权)人：唐山学院，
类型：发明
国别省市：河北,13