一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，属于膜科学与技术领域。所制备的复合膜在一定长度上呈现亲疏水性梯度变化的趋势。制备方法：1)采用溶胶凝胶法制备二氧化硅和二氧化钛溶胶；2)选取基膜材料及尺寸；3)采用多次定位浸润提拉法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜。该方法是在基膜上沿特定方向进行多次定位浸润提拉，通过调控基膜表面纳米颗粒的负载密度，改变基膜表面粗糙度，从而使制备的复合膜具有亲疏水性梯度变化，并且该复合膜的制备方法简单，成本低廉，是膜科学与技术领域的一种新型复合膜。

Preparation method of composite film with hydrophilic hydrophobic gradient

The invention discloses a preparation method of composite film with hydrophilic hydrophobic gradient, belonging to the field of membrane science and technology. The composite films showed a trend of hydrophobic gradient in a certain length. Methods of preparation: 1) silica and titania sol were prepared by sol-gel method; 2) the size and size of the base membrane were selected; 3) the composite film with hydrophobic gradient was prepared by multiple positioning wetting and pulling method. This method is repeatedly positioning pulling along a specific direction in the infiltration membrane, through the load density control of membrane surface of nano particles, changing the membrane surface roughness, so that the preparation of composite membrane with hydrophobicity gradient change, and the preparation method of the composite membrane has the advantages of simple, low cost, is a new type of composite membrane the field of membrane science and technology.

【技术实现步骤摘要】
一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法
本专利技术涉及一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，属于膜科学与

技术介绍
随着膜科学与技术的不断发展，人们对膜材料制备方法的研究不断地深入，一些具有优良性能的膜被广泛应用于各种工业生产过程中。目前，常见的膜材料根据表面润湿性的不同，可分为超亲水膜(水接触角<5°)，亲水膜(水接触角<90°)、疏水膜(水接触角>90°)，超疏水膜(水接触角>150°)。根据不同的分离要求可选择指定亲水性或疏水性的膜材料。但是，在一个膜组件中使用单一的膜材料，只能呈现出单一润湿性。膜结晶是一种耦合膜分离与结晶过程的新型分离技术，利用膜分离过程脱除结晶母液中的溶剂，使之达到过饱和而析出晶体，在无机盐分子精制、废水中盐的回收、海水淡化以及生物大分子结晶等领域都有较广泛的应用潜力。在常规的膜结晶过程中，研究者主要通过调控膜两侧的料液浓度、温度以及速度等手段来实现成核速率及晶型的调控。如果能开发出具有亲疏水性梯度变化的膜材料，不仅能丰富膜材料的种类，更能在一个膜组件提供梯度变化的结晶成核界面，为膜结晶过程的成核和生长提供更为灵活、可控的调控途径。因此，不同于常规制备的具有均一润湿性的膜材料，本专利技术创新提出多次定位浸润提拉的控制制备方法，获得亲疏水梯度变化的独特性能复合膜，为膜结晶过程灵活调控，获得理想的结晶产品开拓一种新途径。
技术实现思路
本专利技术提出一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法。该方法是在基膜上沿特定方向进行多次定位浸润提拉，通过调控基膜表面纳米颗粒的负载密度，改变基膜表面粗糙度，从而使制备的复合膜具有亲疏水性梯度变化。本专利技术的技术方案：一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，步骤如下：(1)采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶(2)选取基膜材料及尺寸(3)采用多次定位浸润提拉法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜所用设备为垂直提拉涂膜机，该装置采用高精度速度控制，触摸屏式设置参数，全过程自动控制，可自行设定提拉速度、停留时间、进入液体的速度以及往返的次数。利用两相混合式步进电机，由驱动器细分步进角度，从而实现垂直提拉动作，动作精度要求达到最大行程的0.1％以上，速度稳定性可达±0.05％；步骤如下：(3.1)将步骤(1)制备的二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶分别倒入料杯中，保证液面高度大于基膜的垂直长度；(3.2)将基膜垂直固定在垂直提拉涂膜机的载样盘卡样槽内，调整基膜底部边缘与液面重合，并将重合面作为浸润提拉操作的起始点；(3.3)打开垂直提拉涂膜机的开关，选择自动控系统，并设定工艺参数，上升/下降速度为1～200mm/min，基膜在溶胶中的停留时间为1～20s，行程设置为1-150mm，根据基膜的垂直长度和所需的亲疏水性调控方位设定提拉速率、停留时间，最后点击“全程-运行”按钮，即完成一次提拉；然后在空气中干燥1-10min；(3.4)重复步骤(3.3)，根据不同的浸润提拉深度，按一定梯度重新设置行程参数，进而实现对基膜有梯度地多次浸润提拉，使二氧化硅纳米颗粒溶胶或二氧化钛纳米颗粒溶胶负载在基膜表面，改变其粗糙度，从而使复合膜具有亲疏水梯度变化。所述的二氧化硅溶胶的制备方法是按正硅酸乙酯：无水乙醇：氨水＝1:10:2.7～1:50:2.7的摩尔比混合；先将无水乙醇和催化剂氨水磁搅拌至混合均匀，然后快速加入正硅酸乙酯，得到二氧化硅溶胶。所述的二氧化钛溶胶的制备方法是按钛酸四丁酯：乙酸：乙醇：水＝1:2:1.66:90～1:10:1.66:90的摩尔比混合；先将钛酸四丁酯和乙醇在室温下混合搅拌至均匀，然后将其缓慢加入到含有乙酸和去离子水混合溶液中，得到二氧化钛溶胶。所述的基膜为中空纤维膜、平板膜或管式膜。所述的基膜为有机膜，如PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PEI(聚醚酰亚胺)、PVA(聚乙烯醇)、PVC(聚氯乙烯)、PVF(聚氟乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺)、PU(聚氨酯)、CA(醋酸纤维素)；无机膜，如陶瓷膜、沸石膜、金属氧化物膜、NaA型分子筛膜等。所述的基膜长度范围为50-1000mm。本专利技术的有益效果：本专利技术巧妙的设计了多次定位浸润提拉的实验方法，基于粗糙度对亲疏水性的影响机理，对基膜进行定位浸润提拉，通过调控纳米粒子粒径及负载密度，改变了基膜表面粗糙度，从而制备出具有亲疏水性梯度变化的新型复合膜。本专利技术不仅是膜材料领域的创新突破，更具有深远的应用前景和社会效益。具体实施方式以下结合技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，步骤如下：采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶：按正硅酸乙酯：无水乙醇：氨水＝1:50:2.7的摩尔比制备二氧化硅溶胶，先将无水乙醇和催化剂氨水磁搅拌至混合均匀，然后快速加入正硅酸乙酯，得到二氧化硅溶胶。选取基膜材料及尺寸：选用长度为60mm的PP中空纤维膜为基膜，保证固定后有效长度为50mm。采用多次定位浸润提拉的方法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜：将制备的二氧化硅溶胶倒入料杯中，保证液面高度大于50mm；将PP中空纤维膜垂直固定在提拉涂膜机的载样盘卡样槽内，调整基膜底部边缘与液面重合，作为浸润提拉的起始点；选择自动控制系统，并设定工艺参数，使载样盘以200mm/min的速度上升和下降，在溶胶中的停留时间设定为5s，行程设置参数为50mm，点击“全程-运行”按钮，对PP中空纤维膜提拉一次，并将提拉后的PP中空纤维膜在空气中干燥3min；然后依次改变行程设置参数为40mm、30mm、20mm、10mm，对PP中空纤维膜进行多次定位浸润提拉，干燥时间皆为3min，以10mm为一个梯度，测试PP中空纤维膜的亲疏水性，结果显示，水接触角的变化范围为40°-110°。实施例2采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶：按正硅酸乙酯：无水乙醇：氨水＝1:40:2.7的摩尔比制备二氧化硅溶胶，先将无水乙醇和催化剂氨水磁搅拌至混合均匀，然后快速加入正硅酸乙酯，得到二氧化硅溶胶。选取基膜材料及尺寸：选用长度为80mm，宽为5mm的PP平板膜为基膜，保证固定后有效长度为70mm。采用多次定位浸润提拉的方法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜：将制备的二氧化硅溶胶倒入料杯中，保证液面高度大于70mm；将PP平板膜垂直固定在提拉涂膜机的载样盘卡样槽内，调整基膜底部边缘与液面重合，作为浸润提拉的起始点；选择自动控制系统，并设定工艺参数，使载样盘以200mm/min的速度上升和下降，在溶胶中的停留时间设定为1s，行程设置参数为70mm，点击“全程-运行”按钮，对PP中空纤维膜提拉一次，并将提拉后的PP平板膜在空气中干燥3min；然后依次改变行程设置参数为56、42mm、28mm、14mm，对PP平板膜进行多次定位浸润提拉，干燥时间皆为3min，以14mm为一个梯度，测试PP平板膜的亲疏水性，结果显示，水接触角的变化范围为50°-105°。实施例3采用溶胶凝胶法制备二氧化钛溶胶：按钛酸四丁酯：乙酸：乙醇：水＝1:5.5:1.66:90的摩尔比制备二氧化钛溶胶。先将钛酸四丁酯和乙醇在室温下混合搅拌至均匀，然后将其缓慢加入到含有乙酸和去离子水混合溶液中，得到二氧化钛溶胶。选取基膜材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶(2)选取基膜材料及尺寸(3)采用多次定位浸润提拉法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜(3.1)将步骤(1)制备的二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶分别倒入料杯中，保证液面高度大于基膜的垂直长度；(3.2)将基膜垂直固定在垂直提拉涂膜机的载样盘卡样槽内，调整基膜底部边缘与液面重合，并将重合面作为浸润提拉操作的起始点；(3.3)打开垂直提拉涂膜机的开关，选择自动控系统，并设定工艺参数，上升/下降速度为1～200mm/min，基膜在溶胶中的停留时间为1～20s，行程设置为1～150mm，根据基膜的垂直长度和所需的亲疏水性调控方位设定提拉速率、停留时间，最后点击“全程‑运行”按钮，即完成一次提拉；然后在空气中干燥1‑10min；(3.4)重复步骤(3.3)，根据不同的浸润提拉深度，按一定梯度重新设置行程参数，实现对基膜有梯度地多次浸润提拉，使二氧化硅纳米颗粒或二氧化钛纳米颗粒负载在基膜表面，改变其粗糙度，从而使复合膜具有亲疏水梯度变化。

【技术特征摘要】
1.一种亲疏水性梯度变化的复合膜制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶(2)选取基膜材料及尺寸(3)采用多次定位浸润提拉法制备有亲疏水性梯度变化的复合膜(3.1)将步骤(1)制备的二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶分别倒入料杯中，保证液面高度大于基膜的垂直长度；(3.2)将基膜垂直固定在垂直提拉涂膜机的载样盘卡样槽内，调整基膜底部边缘与液面重合，并将重合面作为浸润提拉操作的起始点；(3.3)打开垂直提拉涂膜机的开关，选择自动控系统，并设定工艺参数，上升/下降速度为1～200mm/min，基膜在溶胶中的停留时间为1～20s，行程设置为1～150mm，根据基膜的垂直长度和所需的亲疏水性调控方位设定提拉速率、停留时间，最后点击“全程-运行”按钮，即完成一次提拉；然后在空气中干燥1-10min；(3.4)重复步骤(3.3)，根据不同的浸润提拉深度，按一定梯度重新设置行程参数，实现对基膜有梯度地多次浸润提拉，使二氧化硅纳米颗粒或二氧化钛纳米颗粒负载在基膜表面，改变其粗糙度，从而使复合膜具有亲疏水梯度变化。2.根据权利要求1所述的复合膜制备方法，其特征在于，所述的二氧化硅溶胶的制备方法是按正硅酸乙酯：无水乙醇：氨水＝1:10:2.7～1:50:2.7的摩尔比混合；先将无水乙醇和催化剂氨水磁搅拌至混合均匀，然后快速加入正硅酸乙酯，得到二氧化硅溶胶。3.根据权利要求1或2所述的复合膜制...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓滨，贺高红，王樱淇，李祥村，肖武，吴雪梅，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21