原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，包括PVDF溶液的制备、制备含有纳米二氧化硅的溶液、铸膜液的制备、浇铸、成膜、干燥等步骤。本发明专利技术保持PVDF疏水微孔膜优良特性的同时改善了P其微观结构，增大膜孔径、膜孔隙率以及膜疏水性，克服纳米粒子在铸膜液中团聚现象，提高了纳米二氧化硅在铸膜液中的分散性，提高PVDF疏水微孔膜的疏水性、膜通量、化学稳定性及膜的强度，解决无机纳米颗粒在改性制备PVDF疏水微孔膜时，纳米粒子在铸膜液中分散性差、容易发生团聚的现象以及容易堵塞膜孔从而降低膜通量的问题，使膜具有水通量大、膜通量高、疏水性强、机械强度高、化学性能稳定的特点。

Modification of PVDF hydrophobic microporous membrane by in-situ synthesis of nano silica

The invention discloses a method for in-situ synthesis of nano-silica modified PVDF hydrophobic microporous membrane, including the preparation of PVDF solution, the preparation of solution containing nano-silica, the preparation of casting solution, casting, film forming, drying and other steps. The invention maintains the excellent characteristics of PVDF hydrophobic microporous membrane and improves the microstructure of P, enlarges the pore size, porosity and hydrophobicity of the membrane, overcomes the agglomeration of nanoparticles in the casting solution, improves the dispersion of nano-silica in the casting solution, and improves the hydrophobicity, membrane flux and chemistry of the PVDF hydrophobic microporous membrane. Stability and strength of membranes can solve the problems of poor dispersion of inorganic nanoparticles in the casting solution, easy agglomeration and easy plugging of membrane pores to reduce membrane flux when preparing PVDF hydrophobic microporous membranes by modifying inorganic nanoparticles. The membranes have high water flux, high membrane flux, strong hydrophobicity, high mechanical strength and chemistry. Characteristics of stable performance.

【技术实现步骤摘要】
原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法
本专利技术属于膜材料制备科学与
，具体涉及一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法。
技术介绍
膜技术作为一种新型分离技术，不仅广泛应用于废水处理、重金属去除等分离领域，也越来越多地应用于海水淡化等工程领域。膜分离技术具有分离效率高、二次污染小、分离过程简单、经济效益高等优点。这与我国当前建设资源节约型社会的发展目标相一致，所以越来越受相关研究者的关注。到目前为止，已经投入工业应用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等。近几年，一些新的膜分离技术也得到了不断的研究和发展，例如膜蒸馏、膜萃取、膜生物反应器、催化膜、仿生膜等。其中膜蒸馏是近年来出现的一种新的膜分离工艺。它是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，去除水溶液中的挥发性物质。当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于膜两侧存在一定的温差，热侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从热侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。膜蒸馏工艺可充分利用工厂废热或太阳能等能源，加上过程易自动化、设备简单，正成为一种有实用意义的分离工艺。但是膜蒸馏技术至今仍未得到工业化应用，主要原因是没有专业膜蒸馏用膜。膜蒸馏使用微孔疏水性膜，在膜材料和制备工艺方面选择有限，同时膜蒸馏在用膜和组件设计方面仍然存在着很多不足。因此本专利技术提出一种改性制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜的方法，获得一种超疏水、高通量、高强度的膜蒸馏工艺用膜，可以应用于水的蒸馏淡化和水相脱氧。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种半结晶聚合物，它的密度为1.75-1.78g/cm3，其突出特点是机械强度高、耐辐照性好，具有良好的化学稳定性，在室温下不被酸、碱、强氧化剂、卤素等腐蚀。PVDF的抗紫外线和耐老化性能优异，对波长200-400nm的紫外线辐照稳定，其薄膜置于室外一二十年也不变脆龟裂。另外PVDF还具有疏水性强的特点，因此成为膜吸收和膜蒸馏等分离过程中的理想膜材料。但由于其渗透通量较小，极大限制了其在化工、电子、食品、生化以及环保等领域的广泛使用，因此需要对PVDF膜进行改性。共混改性操作简单、易行，是环境友好型的物理改性方法。这种方法能够较好地调控透过物和分离膜之间的疏水亲水平衡关系。在铸膜液中共混一定量的疏水性材料，可以改善膜孔形貌及孔隙率，提高分离膜的蒸汽通量。二氧化硅共混改性是目前PVDF膜疏水化改性研究较多的一种方法，但存在纳米二氧化硅粒子在铸膜液中易团聚的问题，造成制备的疏水微孔膜改善效果不是很好。所以提高纳米二氧化硅在铸膜液中的分散性是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术提供了一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，获得一种原位合成纳米二氧化硅改性制备PVDF疏水微孔膜，在PVDF疏水微孔膜原来优良特性的基础上，改善了PVDF疏水微孔膜的微观结构，增大膜孔径和孔隙率，增加了PVDF疏水微孔膜的疏水性，克服纳米粒子在铸膜液中团聚现象，很好的提高了纳米二氧化硅在铸膜液中的分散性，提高PVDF疏水微孔膜的疏水性、纯水通量、膜通量及膜的强度，解决无机纳米颗粒在改性制备PVDF疏水微孔膜时，纳米粒子容易发生团聚的现象、在铸膜液中分散性差以及容易堵塞膜孔从而降低膜通量的问题，所得的PVDF疏水微孔膜具有水通量大、膜通量高、疏水性强、机械强度高、化学性能稳定的特点。为了解决上述所述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，包括以下步骤：(1)PVDF溶液的制备：将PVDF粉末与分散溶剂I混合，搅拌均匀，得到PVDF溶液；(2)制备含有纳米二氧化硅的溶液：向磁力搅拌容器中加入无水乙醇、盐酸、水，磁力搅拌混合均匀，再快速滴加溶有正硅酸乙酯的乙醇溶液，滴加完毕后在25℃～60℃条件下进行原位合成反应4h～10h，得到含有纳米二氧化硅的溶液；(3)铸膜液的制备：将步骤(2)中含有纳米二氧化硅的溶液和致孔剂滴加到步骤(1)的PVDF溶液中，搅拌混合均匀后经真空脱泡，得到铸膜液；(4)浇铸、成膜：将步骤(3)的铸膜液浇铸在干净的玻璃基板上，刮膜至厚度为0.04mm～0.1mm，将铸膜液玻璃基板在空气中挥发10s～30s，再浸入凝固浴中浸泡12h～24h，得到疏水微孔膜；(5)干燥：将步骤(4)的疏水微孔膜放入干燥箱中干燥，得到所述原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜。原位合成法是一种制备复合材料的新方法，基本原理是不同元素或化合物之间在一定条件下，依靠合金成分设计，在金属基体内发生化学反应生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物增强体，以达到改善单一金属合金性能的目的；通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高；同时，不像其它复合材料，省去了繁琐的增强体预处理工序，简化了制备工艺。本专利技术中采用正硅酸乙酯、水、无水乙醇、盐酸，通过原位聚合技术，其制备过程是将无水乙醇、盐酸和水的混合溶液中加入正硅酸乙酯的乙醇溶液中，经过盐酸催化水解得到了含有纳米二氧化硅的溶液。应用FTIR-ATR、XRD和通过透射电镜(TEM)和热力学分析(TG)对固结体的结构与性能进行了测试与表征，探讨了原位生成的纳米二氧化硅对固结体性能的影响。结果表明，原位生成的纳米二氧化硅均匀的分散在基体材料中，提高了固结体的力学性能，热分解温度较纯基体材料分别提高了10℃左右；力学性能研究表明，纳米二氧化硅的最大拉伸强度和冲击强度较纯基体材料分别提高31.3％和11.7％，基体材料的最大拉伸强度和冲击强度分别提高了17.8％和43.6％。进一步地，步骤(1)中所述PVDF粉末与分散溶剂I的质量比为3:(16～25)；所述分散溶剂I为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合。进一步地，步骤(2)中所述正硅酸乙酯、水、盐酸和无水乙醇的体积比为1:(1～10):(0.03～1):(0.1～1)；所述磁力搅拌时间为10min～30min。进一步地，步骤(3)中所述致孔剂与分散溶剂I的质量比为1:16；所述含有纳米二氧化硅的溶液与分散溶剂I体积比为(1～10):25。进一步地，步骤(3)所述致孔剂为磷酸、聚乙二醇、丙酮、乙醇中的一种或两种以上的混合。进一步地，在步骤(3)，所述搅拌转速为400r/min～600r/min、温度为50℃～60℃、搅拌时间为6h～10h。进一步地，在步骤(3)，所述真空脱泡为放入温度为50℃～60℃的真空干燥箱中静置脱泡4h～12h。进一步地，在步骤(4)，所述浇铸条件的温度为15℃～30℃、湿度为50％～70％；所述刮膜为浇铸过程中使用玻璃棒在玻璃基板上刮；所述凝固浴为超纯水。本专利技术所述超纯水(Ultrapurewater)又称UP水，是指电阻率达到18MΩ*cm(25℃)的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二噁英等有机物，当然也没有人体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)PVDF溶液的制备：将PVDF粉末与分散溶剂I混合，搅拌均匀，得到PVDF溶液；(2)制备含有纳米二氧化硅的溶液：向磁力搅拌容器中加入无水乙醇、盐酸、水，磁力搅拌混合均匀，再快速滴加溶有正硅酸乙酯的乙醇溶液，滴加完毕后在25℃～60℃条件下进行原位合成反应4h～10h，得到含有纳米二氧化硅的溶液；(3)铸膜液的制备：将步骤(2)中含有纳米二氧化硅的溶液和致孔剂滴加到步骤(1)的PVDF溶液中，搅拌混合均匀后经真空脱泡，得到铸膜液；(4)浇铸、成膜：将步骤(3)的铸膜液浇铸在干净的玻璃基板上，刮膜至厚度为0.04mm～0.1mm，将铸膜液玻璃基板在空气中挥发10s～30s，再浸入凝固浴中浸泡12h～24h，得到疏水微孔膜；(5)干燥：将步骤(4)的疏水微孔膜放入干燥箱中干燥，得到所述原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜。

【技术特征摘要】
1.一种原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)PVDF溶液的制备：将PVDF粉末与分散溶剂I混合，搅拌均匀，得到PVDF溶液；(2)制备含有纳米二氧化硅的溶液：向磁力搅拌容器中加入无水乙醇、盐酸、水，磁力搅拌混合均匀，再快速滴加溶有正硅酸乙酯的乙醇溶液，滴加完毕后在25℃～60℃条件下进行原位合成反应4h～10h，得到含有纳米二氧化硅的溶液；(3)铸膜液的制备：将步骤(2)中含有纳米二氧化硅的溶液和致孔剂滴加到步骤(1)的PVDF溶液中，搅拌混合均匀后经真空脱泡，得到铸膜液；(4)浇铸、成膜：将步骤(3)的铸膜液浇铸在干净的玻璃基板上，刮膜至厚度为0.04mm～0.1mm，将铸膜液玻璃基板在空气中挥发10s～30s，再浸入凝固浴中浸泡12h～24h，得到疏水微孔膜；(5)干燥：将步骤(4)的疏水微孔膜放入干燥箱中干燥，得到所述原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜。2.根据权利要求1所述的原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，其特征在于：步骤(1)中所述PVDF粉末与分散溶剂I的质量比为3:(16～25)；所述分散溶剂I为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合。3.根据权利要求1所述的原位合成纳米二氧化硅改性PVDF疏水微孔膜的方法，其特征在于：步骤(2)中所述正硅酸乙酯、水、盐酸和无水乙醇的体积比为1:(1～10):(0.03～1):(0.1～1)；所述磁力搅拌时间为10min～30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢彦越，剌玲敏，周叶，刘楠楠，李媚，黄增尉，柳春，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：广西,45